【课件】科学探究：弹力 课件-2022-2023学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

（第二课时）探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系3.2科学探究：弹力

探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系01学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据02学习目标对于同一弹性材料，由于形变程度不同，弹力大小也不同。弹力和形变有怎样的关系呢？下面我们通过实验来探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。一、实验目的

1．探究弹簧伸长量与弹力之间的关系。

2．学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据。二、实验原理1．用悬挂法测量弹簧的弹力F弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂的钩码的重力相等，即F＝mg.2．测出弹簧的伸长量x，弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，其伸长量x＝l－l0.二、实验原理3．探究弹力和弹簧伸长量的关系建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力和弹簧伸长量的关系．三、实验器材

铁架台、下端带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸四、实验步骤

1．如图1所示，将弹簧上端固定在铁架台上，在弹簧旁边固定一刻度尺，刻度尺的零刻度线与弹簧的上端重合。读出弹簧的原长l0填入下表。

图12．在弹簧下挂一个钩码，测出弹簧的总长度l1.然后再在弹簧下挂一个钩码，测出弹簧的总长度l2……将各次弹簧总长度计入下表相应的表格内。

3．根据每个钩码的质量计算出其重力．弹簧的弹力的大小等于所挂钩码的重力，即F1＝mg、F2＝2mg、F3＝3mg……将各次弹簧弹力大小填入下表相应表格内。实验次数1234567拉力F/N弹簧总长度l/cm弹簧伸长x/cm弹簧原长l0/cm五、数据处理

1．图像法：以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线．可以发现F­x图线是一条过原点的直线。2．函数法：弹力F与弹簧的伸长量x应满足函数F＝kx的关系。六、误差分析七、注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度。2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量。4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。5．尽量选用轻质弹簧以减小自身重力的影响。练习：实验探究1实验器材和步骤某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。图2①图2甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________；(填选项前的字母)A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重③图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_________________。【解析】①弹簧伸长后的总长度为14.66cm，则伸长量Δl＝14.66cm－7.73cm＝6.93cm.②逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧．③AB段明显偏离OA，伸长量Δl不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的．【答案】①6.93②A③弹簧受到的拉力超过了其弹性限度实验探究2实验数据的处理在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图3(1)连接起来进行探究。

(1)

(2)

图3钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36(1)某次测量如图(2)所示，指针示数为________cm.(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表所示．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m(重力加速度g＝10m/s2)．由表中数据______(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲【解析】(1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一位，故指针的示数为16.00cm。(2)当A弹簧的弹力为FA1＝0.50N、FA2＝1.00N、FA3＝1.50N、FA4＝2.00N时，弹簧长度LA1＝15.71cm、LA2＝19.71cm、LA3＝23.66cm、LA4＝27.76cm，根据ΔF＝kΔx得k1＝12.50N/m、k2＝12.66N/m、k3＝12.20N/m，所以弹簧Ⅰ的劲度系数k＝＝12.45N/m.根据图表可以计算出弹簧Ⅱ每次的伸长量Δx′。(劲度系数的计算也可以通过作F­x图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)。【答案】(1)16.00(有效数字位数正确，15.96～16.05均可)(2)12.45(12.20～12.80均可)能实验探究3

实验目的的创新为探究“影响弹簧受力形变的因素”，兴趣小组猜想如下：猜想一：弹簧形变的大小可能与弹簧的长度有关。猜想二：弹簧形变的大小可能与受力的大小有关。猜想三：弹簧形变的大小可能与弹簧的材料有关。他们选择了甲、乙、丙3根弹簧作为研究对象。已知弹簧甲和丙是同种金属丝，弹簧乙是另一种金属丝，甲和乙原长均为6厘米，丙原长为9厘米，其他条件均相同。将弹簧的一端固定，另一端用弹簧测力计，以不同大小的力拉，下表是记录的实验数据。(1)分析表中数据可知，在拉力相同的情况下，甲弹簧伸长的长度________(填“大于”或“小于”)乙弹簧伸长的长度。(2)要证实猜想一，需比较________两根弹簧的数据。(3)在弹性限度内，同一弹簧的________与它所受的拉力成正比。(4)若他们要制作精确程度较高的弹簧测力计，可以选用原长更________(填“长”或“短”)的________(填“甲”或“乙”)弹簧。弹簧受到的拉力/Nx01.02.03.04.05.06.07.0甲弹簧的长度/cm6.06.67.27.88.49.09.610.2乙6.07.08.09.010.011.012.013.0丙9.09.910.811.712.613.514.415.3解析：(1)通过甲和乙的数据对比发现，原长都是6.0cm，在拉力相同的情况下，甲伸长的长度小于乙伸长的长度。(2)根据控制变量法可知，研究弹簧形变的大小与弹簧长度的关系，就只能让弹簧长度改变，其他条件都不变，因为甲和丙是同种材料，只有长度不同，所以选择甲和丙两根弹簧的数据。(3)分析表格数据可知，在弹性限度内，弹簧的伸长量与它所受的拉力成正比。(4)在