《物理多媒体教学课件：3实验探究弹力和弹簧伸长的关系(人教版必修1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理多媒体教学课件：3实验探究弹力和弹簧伸长的关系(人教版必修1)（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 探究弹力和弹簧 伸长的关系 1.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系. 2.学会利用图象法处理实验数据. 实验目的 实验原理 1.如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧 会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩 码的重力大小相等. 2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长 量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长 度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量 之间的定量关系了. 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐 标纸、重垂线、铅笔. 实验器材 1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其 自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸 长状态时的长度l0,即原长. 2.如图所示,在弹簧下端挂质量为m1 的钩码，量
2、出此时弹簧的长度l1，记 录m1和l1，填入自己设计的表格中. 实验步骤 钩码钩码 个数长长度伸长长量x弹弹力F 0l0= 1l1=x1=l1-l0F1= 2l2=x2=l2-l0F2= 3l3=x3=l3-l0F3= 3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、 m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次 弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5. 数据处理 1.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. 2.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数. 首先尝试一
3、次函数,如果不行则考虑二次函数. 3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达 式中常数的物理意义. 误差分析 1.弹簧拉力大小的不稳定会造成误差.因此,使弹簧的悬 挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,待 稳定后再读数可以提高实验的准确度. 2.尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基 本方法. 3.描点、作图不准确. 注意事项 1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹 性限度.要注意观察,适可而止. 2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描 的点的间距尽可能大,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、以免增大误差. 4.描点画线时,所描的点不一定都落在曲线上,但应注意 一定要使各点均匀分布在曲线的两侧. 5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单 位. 【例1】某同学用如图所示装置做探究弹力 和弹簧伸长关系的实验.他先测出不挂砝码 时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹 簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指 针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重 力加速度g=9.8 m/s2) 砝码质码质 量 m/102 g 01.002.003.004.005.006.007.00 标标尺刻度 x/10-2 m 15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50
5、 典例剖析 (1)根据所测数据,在坐标纸上作出 弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码 质量m的关系曲线. (2)根据所测得的数据和关系曲线可 以判断,在_范围内,弹力大小与 弹簧伸长关系满足胡克定律.这种规 格弹簧劲度系数为_N/m. 思路点拨 (1)在坐标纸上描点，然后根据各点的分布与走向,用平 滑的曲线(或直线)连接各点. (2)满足胡克定律的应是图形中的直线部分. 解析:(1)如图所示 (2)根据图形可以看出，当m5.00102 g=0.5 kg时, 标尺刻度x与砝码质量m成一次函数关系,所以当F=mg 4.9 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律. 图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度
6、系数k,则k= 25 N/m. 答案:(1)见解析 (2)04.9 N 25 【例2】用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知 质量的钩码,来测定某个不太重的物体有多重,该怎么 做? 解析:本题主要考查实验方法的拓展迁移能力. (1)将弹簧上端固定在支架上,下端挂上钩码(质量已知 为m),测出弹簧伸长量x. (2)将钩码取下换上待测物体,测出弹簧伸长量x. (3)求出待测物体的重力 【例2】(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中， 以下说法正确的是( ) A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B用增加悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧 位于竖直位置且处于平衡状态 C用直尺测得弹簧的长
7、度即为弹簧的伸长量 D用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得 出拉力与伸长量之比相等 (2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验,他 先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧 的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧 伸长后的长度L,把LL0作为弹簧的伸长量x,这样操作, 由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是下图 中的( ) (2)由表可看出,材料一定长,一定截面积时，拉力与伸长 量的比例为定值. 设1 m长,截面积为0.05 cm2的比例系数为K1 2 m长,截面积为0.05 cm2的比例系数为K2 1 m长,截面积为0.10 cm2的比例系数为K3
8、 1.如图5甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与 电脑相连.当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时, 在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系 图象(如图乙).则下列判断正确的是( ) 图5 A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 C.该弹簧的劲度系数是200 N/m D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变 【解析】由乙图可知F=kx,即弹簧的弹力和弹簧的形变 量成正比,不与弹簧长度成正比,A错误.由F=kx可 知,B说法正确;由 ，C正确;F-x图线 的斜率对应弹簧的劲度系数,而x0和x0时的斜率相同, 故D正确. 2.某同学在
9、做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中, 他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹 簧的原长l0,再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹 簧伸长后的长度l,把l-l0作为弹簧的伸长量x.这样操作, 由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是下图中 的哪一个( ) 【解析】由于考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码 时,弹簧的伸长量x0,所以选C. C 3.做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验步骤如下 ： A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数 据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来. B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度L0; C.将铁架台固定于桌子上(也可
10、在横梁的另一侧挂上一 定的配重),并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖 直固定一刻度尺； D.依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个钩码,并分别记 下钩码静止时,弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内, 然后取下钩码； E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式， 首先尝试写成一次函数,如果不行则考虑二次函数； F.解释函数表达式中常数的物理意义； G.整理仪器. 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:_. 【解析】根据实验的实验操作过程应先安装仪器,再挂钩 码然后记录数据,分析数据,最后整理即可,排列先后顺序 为：CBDAEFG. 4.某同学在研究学习中,利用所学的知识解决了如下问题 ：一
11、轻弹簧竖直悬挂在某一深度为h=25.0cm,且开口向下 的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内,但测 力计可以与弹簧的下端接触),如图6甲所示.如果本实验 的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度L.现要测 出弹簧的原长L0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变L而 测出对应的弹力F,作出F-L变化的图线如图6乙所示,则弹 簧的劲度系数为_N/m,弹簧的原长L0=_cm. 【解析】根据胡克定律F=k(h+L-L0)=kL+k(h-L0),从图 中知道当L=0时,F=10N；当L=10cm时,F=20N；将其代入 方程联立得k=100N/m,L0=15.0cm. 答案:100 15.0 图6 5
12、.用纳米技术处理过的材料叫纳米材料,其性质与处理前 相比会发生很多变化.如机械性能会成倍地增加,对光的 反射能力会变得很低，熔点会大大地降低,甚至有特殊的 磁性质.现有一纳米合金丝,欲测出其伸长量x与所受到的 拉力F、长度L、截面直径D的关系. (1)测量上述物理量需要的主要器材是:_、_、 _等. (2)若实验中测量的数据如下表,根据这些数据请写出x与 F、L、D间的关系式：x=_.(若用到比例系数,可 用k表示) 长长度 L/cm 50.00100.0200.0 50.00.0400.200.400.80 10.000.0400.400.801.60 5.000.0800.100.200.40 拉力F/N 伸长量x/cm 直径D/mm (3)在研究并得到上述关系的过程中,主要运用的科学研 究方法是_(只需写出一种). (4)若有一根合金丝的长度为20cm,截面直径为0.200mm, 使用中要求其伸长量不能超过原长的百分之一,那么这根 合金丝能承受的最大拉力为_N. 【解析】(2)由题目所给的数据分析可知：当力、直径 一定时,伸长量与长度成正比,当力、长度一定时,伸 长量与直径成反比,当长度、直径一定时,伸长量与 力成正比,有:x=kFL/D(取一组数据验证,式中的系数 不为零) 答案:(1)弹簧测力计 刻度尺 螺旋测微器 (3)控制变量法 (4)625
