高中物理 第3章 相互作用 第2節(jié) 形變與彈力（第2課時）實驗探究彈力與彈簧伸長的關系課件 魯科版必修1.ppt

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第2課時 實驗:探究彈力與彈簧伸長的關系,填一填,一、實驗目的 1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關系。 2.學會利用列表法、圖象法、函數法處理實驗數據。 3.驗證胡克定律。 二、實驗原理 1.用懸掛法測量彈簧的彈力F。 彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時,彈力大小與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等,在彈簧下端懸掛不同的鉤碼個數,并分別求出重力,從而得到彈簧彈力。 2.測出彈簧的伸長量x。 彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出,其伸長量可以用彈簧的長度減去原長來求得。,,,填一填,3.探究彈力和彈簧伸長的關系。 建立坐標系,以縱坐標表示彈力大小F,以橫坐標表示彈簧的伸長量x,在坐標系中描出實驗所測得的各組(x,F)對應的點,用平滑的曲線連接起來,根據實驗所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長量間的關系。 4.求彈簧的勁度系數。 彈簧的彈力F與其伸長量x成正比,比例系數 即為彈簧的勁度系數;另外,在F-x圖象中直線的斜率也等于彈簧的勁度系數。 三、實驗器材 鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。,,填一填,四、實驗步驟 1.按圖安裝實驗裝置,記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度l0。 2.在彈簧下端懸掛一個鉤碼,平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力。 3.增加鉤碼的個數,重復上述實驗過程,將數據填入表格,以F表示彈力,l表示彈簧的總長度,x=l-l0表示彈簧的伸長量。,,填一填,五、數據處理 1.以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,用描點法作圖。連接各點,得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線,如圖所示。 2.以彈簧伸長量為自變量,寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數關系,函數表達式中常數即為彈簧的勁度系數,這個常數也可據F-x圖線的斜率求解,,,填一填,六、注意事項 1.所掛鉤碼不要過重,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度。 2.每次所掛鉤碼的質量差盡量大一些,從而使坐標上描的點盡可能稀一些,這樣作出的圖線精確。 3.測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大誤差。 4.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條曲線上,但應注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側。 5.記錄數據時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。 七、誤差分析 由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作,存在較大的測量誤差,另外由于彈簧自身的重力的影響,即當未放重物時,彈簧在自身重力的作用下,已經有一個伸長量,這樣所作圖線往往不過原點。,,,探究一,探究二,實驗步驟及誤差分析 【例題1】 導學號93960048 如圖所示,用鐵架臺、彈簧和多個已知質量且質量相等的鉤碼探究在彈性限度內彈簧彈力與彈簧伸長量的關系。 (1)為完成實驗,還需要的實驗器材有 。 (2)實驗中需要測量的物理量有 。,探究一,探究二,(3)為完成該實驗,設計的實驗步驟如下: A.以彈簧伸長量為橫坐標,以彈力為縱坐標,描出各組(x,F)對應的點,并用平滑的曲線連接起來; B.記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0; C.將鐵架臺固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一把刻度尺; D.依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個…鉤碼,分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應的刻度,并記錄在表格內,然后取下鉤碼; E.以彈簧伸長量為自變量,寫出彈力與伸長量的關系式,首先嘗試寫成一次函數,如果不行,則考慮二次函數; F.解釋函數表達式中常數的物理意義; G.整理儀器。 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來: 。,探究一,探究二,解析:(1)根據實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量;(2)根據實驗原理,實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對應的伸長量(或與彈簧對應的長度);(3)根據完成實驗的合理性可知,先后順序為CBDAEFG。 答案:(1)刻度尺 (2)彈簧原長、彈簧所受外力及對應的伸長量(或與彈簧對應的長度) (3)CBDAEFG,探究一,探究二,變式訓練1 (多選)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗中,以下說法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時,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,應保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C.用直尺測量彈簧的長度即為彈簧的伸長量 D.用幾個不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得出拉力與伸長量之比相等 解析:彈簧的伸長量是指彈簧伸長后的長度減去彈簧的原長,故選項C錯誤;對于同一個彈簧,其拉力與伸長量的比值,在彈性限度內相等,對于不同的彈簧,拉力與伸長量的比值不一定相同,故選項D錯誤。所以正確選項為A、B。 答案:AB,探究一,探究二,探究一,探究二,實驗原理和數據處理 【例題2】 導學號93960049某同學在做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中,設計了如圖所示的實驗裝置。所用的鉤碼每只的質量都是50 g,他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將6個鉤碼逐個掛在彈簧的下端,每次都測出相應的彈簧總長度,將數據填在了表中。(彈力始終未超過彈性限度,g取10 N/kg),探究一,探究二,(1)試根據這些實驗數據在給定的坐標紙上作出彈簧所受彈力大小F跟彈簧伸長量x的關系圖象。,(2)根據圖象可知彈簧的勁度系數k= N/m。(保留三位有效數字),探究一,探究二,解析:(1)根據x=l-l0,算出各彈力所對應的伸長量如表所示: 以彈力F為縱坐標,伸長量x為橫坐標,在坐標系中標出各伸長量下的彈力所對應的點,用平滑的曲線將各個點連接所得F-x圖象如圖所示。,探究一,探究二,(2)F-x圖象的斜率等于勁度系數,由圖象知圖線是一條過原點的直線,當F=3.0 N時彈簧形變量x=0.48 m,故 N/m=6.25 N/m。 答案:(1)見解析 (2)6.25,探究一,探究二,變式訓練2 (2011·安徽理綜)為了測量某一彈簧的勁度系數,將該彈簧豎直懸掛起來,在自由端掛上不同質量的砝碼。實驗測出了砝碼質量m與彈簧長度l的相應數據,其對應點已在圖上標出。(g取9.8 N/kg) (1)作出m-l的關系圖線。 (2)彈簧的勁度系數為 N/m。,探究一,探究二,解析:(1)畫一條直線盡量通過較多的點,如答案中圖。 (2)在畫出的圖象上選取較遠的兩點,用于計算勁度系數。 選(11.5,0.75)及(19.0,2.75)兩點,有 答案:(1)如圖所示 (2)0.261(0.248~0.262均可),探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.(多選)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中關于操作步驟的先后順序,下列說法正確的是( ) A.先測量原長,后豎直懸掛 B.先豎直懸掛,后測量原長 C.先后順序對實驗結果無影響 D.先后順序對實驗結果的影響程度取決于彈簧的自重 解析:由于彈簧自身有重力,懸掛時的長度大于水平放置時的長度,所以測量其豎直懸掛時的長度為彈簧原長,故選B、D。 答案:BD,1 2 3 4 5,,,,,,2.一個實驗小組在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中,使用兩條不同的輕質彈簧a和b,得到彈力與彈簧長度關系的圖象如圖所示。下列表述正確的是( ) A.a的原長比b的長 B.a的勁度系數比b的大 C.a的勁度系數比b的小 D.測得的彈力與彈簧的長度成正比 解析:圖象的橫軸截距表示彈簧的原長,選項A錯誤;圖象的斜率表示彈簧的勁度系數,選項B正確,C錯誤;圖象不過原點,選項D錯誤。 答案:B,1 2 3 4 5,,,,,,3.如圖甲所示,一個彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連。對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時,在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產生的彈力的關系圖象(圖乙)。下列判斷錯誤的是( ) A.彈簧產生的彈力和彈簧的長度成正比 B.彈簧長度的增加量與對應的彈力增加量成正比 C.該彈簧的勁度系數是200 N/m D.該彈簧受到反向壓力時,勁度系數不變,1 2 3 4 5,,,,,,解析:由題圖知,F-x圖線是一個過原點的直線,k= N/m=200 N/m,可知選項A錯誤,B、C、D正確。 答案:A,1 2 3 4 5,,,,,,4.在“探究彈力和彈簧伸長量的關系,并測定彈簧的勁度系數”的實驗中,實驗裝置如圖甲所示。所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力。實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端,每次測出相應的彈簧總長度。,1 2 3 4 5,,,,,,(1)有一個同學通過以上實驗測量后把6組數據描點在坐標系圖乙中,請作出F-L圖線。 (2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0= cm,勁度系數k= N/m。,1 2 3 4 5,,,,,,(3)試根據該同學以上的實驗情況,幫助他設計一個記錄實驗數據的表格(不必填寫其實驗測得的具體數據)。 (4)該同學實驗時,把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較,優(yōu)點在于 , 缺點在于 。 解析:(1)F-L圖線如圖所示:,1 2 3 4 5,,,,,,(2)彈簧的原長L0即彈力為零時彈簧的長度,由圖象可知L0=5×10-2 m=5 cm。 勁度系數為圖象直線部分的斜率k=20 N/m。 (3)記錄數據的表格如下表 (4)優(yōu)點:可以避免彈簧自身重力對實驗的影響。 缺點:彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦會造成實驗誤差。 答案:(1)見解析圖 (2)5 20 (3)(4)見解析,1 2 3 4 5,,,,,,5.一位同學做“探究彈簧伸長量與彈力的關系”的實驗,下表是這位同學探究彈簧伸長量與彈力之間的關系時所測出的幾組數據: (1)算出每一次的彈簧伸長量,并將結果填在上表的空格內。,1 2 3 4 5,,,,,,(2)在如圖所示的坐標紙上作出F-x圖線。 (3)寫出圖線的函數表達式: 。,1 2 3 4 5,,,,,,解析:(1)彈簧后來長度減去原長為彈簧伸長量,得出數據填入表格如下:,1 2 3 4 5,,,,,,(2)選定坐標軸標度后,根據實驗數據描點、連線,所得圖線如圖所示。 (3)由圖線求得其斜率為42 N/m,所以圖線的函數表達式為F=42x(N)。 答案:(1)(2)見解析 (3)F=42x(N),