2018-2019高中物理 第三章 研究物體間的相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系課件 粵教版必修1.ppt

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1、實(shí)驗(yàn) 探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系,第三章 研究物體間的相互作用,[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系. 2.學(xué)會(huì)利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 3.能根據(jù)F－x、F－L圖象求出彈簧的勁度系數(shù).,內(nèi)容索引,,技能儲(chǔ)備 明確原理 提煉方法,題型演練 學(xué)以致用 實(shí)訓(xùn)演練,達(dá)標(biāo)檢測 檢測評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),技能儲(chǔ)備,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系. 2.學(xué)會(huì)利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 3.能根據(jù)F－x、F－L圖象求出彈簧的勁度系數(shù). 二、實(shí)驗(yàn)器材 彈簧、 、鉤碼、鐵架臺(tái).,刻度尺,三、實(shí)驗(yàn)原理 1.如圖1甲所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長，平

2、衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力 .如圖乙，彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用 測出，其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈簧的 來求得.,圖1,大小相等,刻度尺,原長,2.建立平面直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用_________ 連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖象，就可探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系.,平滑曲線,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧_________ 狀態(tài)時(shí)的長度L0，即原長.,2.如圖2所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，測出

3、此時(shí)彈簧的長度L1，記錄m1和L1. 3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量，測出對(duì)應(yīng)的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5、…和相應(yīng)的彈簧長度L2、L3、L4、L5、….,圖2,自然伸長,4.計(jì)算出每次彈簧的伸長量x(x＝ )和彈簧受到的拉力F(F＝mg)，并將數(shù)據(jù)填入表格.,L－L0,五、數(shù)據(jù)處理 1.建立直角坐標(biāo)系，以F為縱軸、x為橫軸，根據(jù)測量數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法作圖.連接各點(diǎn)得出F隨彈簧伸長量x變化的圖線. 2.以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù).首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù). 3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義.,六、誤差分析 1.本實(shí)驗(yàn)誤差

4、的主要來源為讀數(shù)和作圖時(shí)的偶然誤差.為了減小誤差，要盡量 測幾組數(shù)據(jù). 2.彈簧豎直懸掛時(shí)，未考慮彈簧自身重力的影響會(huì)帶來系統(tǒng)誤差.為了減小該系統(tǒng)誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用 彈簧.,多,輕質(zhì),題型演練,例1 以下是某同學(xué)所進(jìn)行的“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟： (1)將一個(gè)彈簧的上端固定在鐵架臺(tái)上，豎直懸掛起來，在彈簧下掛一個(gè)鉤碼，記下鉤碼的質(zhì)量m1，此時(shí)彈簧平衡，彈力大小為F1＝m1g，并用刻度尺測量出此時(shí)彈簧的長度L1，并記錄到表格中. 答案 見解析 解析 還應(yīng)該測出彈簧的原長L0，此時(shí)應(yīng)在不掛鉤碼的情況下，讓彈簧保持自然下垂?fàn)顟B(tài)，用刻度尺測出從懸點(diǎn)到彈簧下端的長度即為L0；,一、

5、實(shí)驗(yàn)原理及操作,答案,解析,(2)再增加鉤碼，重復(fù)上述的操作，得到多組數(shù)據(jù). (3)以力F為縱坐標(biāo)，以彈簧長度Lx為橫坐標(biāo)，根據(jù)所測的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn). 答案 見解析 解析 建立坐標(biāo)系時(shí)應(yīng)該以彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)，因?yàn)樘骄康氖菑椓εc彈簧伸長量的關(guān)系； (4)按坐標(biāo)紙上所描各點(diǎn)的分布與走向，作出一條平滑的曲線(包括直線). (5)根據(jù)圖線的特點(diǎn)，分析彈簧的彈力F與彈簧長度Lx的關(guān)系，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論. 以上步驟中至少有三個(gè)不當(dāng)之處，請將不合理的地方找出來并進(jìn)行修正. 答案 見解析 解析 應(yīng)分析彈力與彈簧伸長量的關(guān)系.,答案,解析,1.實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超出彈簧的彈性限度. 2.

6、測量長度時(shí)，應(yīng)區(qū)別彈簧原長L0、實(shí)際長度L及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系.為了減小彈簧自身重力帶來的影響，測彈簧原長時(shí)應(yīng)讓彈簧在不掛鉤碼時(shí)保持自然下垂?fàn)顟B(tài)，而不是平放在水平面上處于自然伸長狀態(tài). 3.記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位. 4.描點(diǎn)作圖時(shí)，應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在畫出的線上，可允許少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線或直線. 5.盡量選輕質(zhì)彈簧以減小彈簧自身重力帶來的影響.,二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,例2 某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系. (1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè).彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在______方向(填“水平”或“豎

7、直”). 解析 為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生，彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向.,答案,解析,豎直,(2)彈簧自然懸掛，待彈簧______時(shí)，長度記為L0；彈簧下端掛上砝碼盤時(shí)，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6.數(shù)據(jù)如下表.,表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號(hào)為____.由表可知所用刻度尺的最小分度為_______. 解析 彈簧靜止穩(wěn)定時(shí)，記錄原長L0；表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位，最后一位應(yīng)為估讀值，所以刻度尺的最小分度為1 mm.,答案,解析,穩(wěn)定,L3,1 mm,(3)圖3是該同

8、學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與____的差值(填“L0”或“Lx”).,答案,解析,圖3,解析 由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時(shí)，x為0，所以x＝L－Lx(L為彈簧長度).,Lx,(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_____N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為___g.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 N/kg),4.9,10,解析 由胡克定律F＝kx知，mg＝k(L－Lx)，即mg＝kx，所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù),＝0.01 kg＝10 g.,答案,解析,1.F-x圖象應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，直線的斜率等于彈簧的勁度系數(shù). 2.F-L圖象是不過原點(diǎn)的直線，其與橫軸

9、的截距等于彈簧的原長，斜率仍然等于彈簧的勁度系數(shù).,三、誤差分析,例3 某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸展，用直尺測出其長度L0，再把彈簧豎直懸掛起來，刻度尺的零刻度線跟彈簧上端對(duì)齊，在彈簧的下部A處固定一個(gè)指針.如圖4所示.掛上鉤碼，平衡后測出其長度L，令x＝L－L0.改變鉤碼個(gè)數(shù)，進(jìn)行多次測量. (1)用F表示彈簧下端受到的鉤碼的拉力，則如圖所示的Fx圖線，你認(rèn)為符合實(shí)際情況的是,圖4,解析,答案,√,解析 因?yàn)閺椈墒潜环旁谒阶烂嫔蠝y得的原長，然后把彈簧豎直懸掛起來后，由于自身重力的作用，彈簧的長度會(huì)增大，所以圖線應(yīng)在x軸正方向上有截距，C

10、正確，A、B、D錯(cuò)誤.,(2)如果將指針固定在A點(diǎn)的下方P處，在正確測出彈簧原長的情況下，再作出x隨F變化的圖象，此時(shí)彈簧勁度系數(shù)的測量值______實(shí)際值(填“大于”“小于”或“等于”).,答案,解析,等于,解析 如果將指針固定在A點(diǎn)的下方P處，在正確測出彈簧原長的情況下，再作出x隨F變化的圖象，則在圖象上x的變化量不變，得出彈簧的勁度系數(shù)與實(shí)際值相等.,四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),例4 在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示.所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力.實(shí)驗(yàn)時(shí)先測出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)

11、的彈簧總長度.,圖5,解析,答案,(1)有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在圖6坐標(biāo)系中，請作出F—L圖線.,圖6,答案 見解析,解析 F—L圖線如圖所示：,(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________ cm，勁度系數(shù)k＝________ N/m.,解析 彈簧的原長L0即彈力為零時(shí)彈簧的長度，由圖象可知，L0＝510－2 m＝5 cm. 勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k＝20 N/m.,解析,答案,答案 見解析,(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實(shí)驗(yàn)情況，幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測得的具體數(shù)據(jù)).,解析 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格如下表,解析,答案,答案 見解析,(4)

12、該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)在于：_______________，缺點(diǎn)在于：______________________.,解析 優(yōu)點(diǎn)是：可以避免彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響. 缺點(diǎn)是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)誤差.,解析,答案,答案 見解析,達(dá)標(biāo)檢測,1.(實(shí)驗(yàn)器材及原理)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是 A.彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處 于平衡狀態(tài) C.用刻度尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量 D.用幾個(gè)不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉

13、力與伸長 量之比相等,答案,1,2,3,√,√,2.(實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理)一位同學(xué)在做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn). (1)下列的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，將這些步驟用字母排列出來是________. A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)， 并用平滑的曲線連接起來 B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)，其下端在刻度尺上的刻度L0 C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎 直固定一刻度尺,1,2,3,D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)……鉤碼，并分別記下鉤碼 靜止時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并

14、記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼 E.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式 F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義,1,2,3,答案 CBDAEF,解析 在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一般步驟為先組裝器材，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后處理數(shù)據(jù)，故順序?yàn)镃BDAEF.,答案,解析,1,2,3,(2)下表是這位同學(xué)所測的幾組數(shù)據(jù),①根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在圖7的坐標(biāo)系中作出F－x圖線.,圖7,答案,解析,1,2,3,答案 如圖所示,1,2,3,解析 根據(jù)描點(diǎn)法，圖象如圖所示,答案,1,2,3,解析,②寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式__________(x用cm作單位). ③函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義：__________________

15、_______________ _______________________________________.,解析 ②③根據(jù)圖象，該直線為過原點(diǎn)的一條直線，即彈力與伸長量成正比，即F＝kx＝0.43x.式中的常數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 N.,F＝0.43x,表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧,伸長或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 N,3.(實(shí)驗(yàn)誤差分析)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)作出F-x圖象如圖8實(shí)線所示，可能的原因是 A.懸掛的鉤碼多，拉力超過了彈簧的彈性限度 B.用直尺測量彈簧的長度時(shí)，讀數(shù)小了 C.有的數(shù)據(jù)不是彈簧的伸長，而是彈簧的長度 D.所有數(shù)據(jù)都是用彈簧長度進(jìn)行處理的,1,2,3,圖8,解析 彎曲部分顯示：當(dāng)x達(dá)到某一值后，F(xiàn)與x不再成正比，前面數(shù)據(jù)呈線性分布，說明不是讀數(shù)問題，而是拉力超出了彈簧的彈性限度.,答案,√,解析,