《人教物理必修一同步课件：第三章 相互作用 实验3.1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教物理必修一同步课件：第三章 相互作用 实验3.1（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 探究弹力与弹簧伸长量的关系 自主阅读自我检测 一 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 的弹力与所挂钩码受到的重力大小相等 弹簧的原长与挂上钩码 后弹簧的长度可以用刻度尺测出 其伸长量x可以用弹簧的长度减 去原长来求得 2 建立直角坐标系 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 就可探知弹力大小与弹 簧伸长量之间的关系 自主阅读自我检测 二 实验器材 铁架台 毫米刻度尺 米尺 轻弹簧 钩码 一盒 三角板 铅 笔 坐标纸等 自主阅读自我检测 三 实验
2、步骤 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 测出此时弹簧的长度 l1 记录m1和l1 自主阅读自我检测 3 改变所挂钩码的质量 重复步骤2 记录m2 m3 m4 m5 和 相应的弹簧长度l2 l3 l4 l5 4 计算出每次弹簧的伸长量x x l l0 和弹簧受到的拉力F F mg 并将数据填入表格 自主阅读自我检测 1 正误辨析 1 实验要研究的是弹簧的弹力与弹簧长度的关系 解析 本实验研究的是弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系 答案 2 每次实验时 所挂重物的重力与弹簧的弹力大小相等 解析 实验
3、时 所挂钩码的重力与弹簧的弹力大小相等 答案 3 弹簧的伸长量等于弹簧的长度与弹簧原长之差 解析 弹簧的伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长 答案 自主阅读自我检测 2 多选 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 实验中 关于测量弹簧 原长的操作步骤先后顺序 下列说法正确的是 A 先测量弹簧的原长 后竖直悬挂 B 先竖直悬挂 后测量弹簧的原长 C 先后顺序对实验结果无影响 D 先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自身重力 解析 由于弹簧自身重力的影响 弹簧平放时的长度与竖直悬挂时 的长度不同 竖直悬挂时长度更长一些 由于实验时弹簧始终处于 竖直状态 故弹簧长度一直受自身重力的影响 所以测量原长时
4、应 测量弹簧竖直悬挂时的长度 B D项正确 答案 BD 探究一探究二 数据处理 情景导引 在 探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系 实验中 所得数据如下 表 怎样处理上面数据可以直观简洁地分析出弹簧的弹力与弹簧伸 长量的关系 要点提示 以弹簧的弹力为纵坐标 以弹簧的伸长量为横坐标 将 对应的弹簧弹力与弹簧的伸长量在坐标系中描点 连接各点 得出 弹力F随弹簧伸长量x变化的图线 探究一探究二 知识归纳 1 画F x图象 建立直角坐标系 以F为纵轴 x为横轴 根据测量数据 用描点法作图 连接各点得出F随x变化的图线 2 写F x的函数式 以弹簧的伸长量为自变量 写出弹力和弹簧伸 长量之间的函数关系 首先
5、尝试一次函数 如果不行则考虑二次函 数 3 解释式中常数的物理意义 得出弹力和弹簧伸长量之间的定量 关系式 解释函数表达式中常数的物理意义 探究一探究二 典例剖析 例1 某同学用如图甲所示的装置做 探究弹力和弹簧伸长的 关系 的实验 他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的 刻度 然后在弹簧下端挂上钩码 并逐个增加钩码 分别测出指针所 指刻度尺的刻度 所得数据列表如下 g取10 m s2 探究一探究二 1 根据所测数据 在坐标纸 图乙 上画出弹簧指针所指刻度尺的 刻度l与钩码质量m的关系图线 2 根据l m图线可计算出 该弹簧的劲度系数为 N m 结果保留3位有效数字 探究一探究二 解析 1
6、 描点作图 如图所示 答案 1 见解析图 2 58 3 56 5 58 5 探究一探究二 作图法 作图方法 1 选择坐标轴的合适标度 2 描点 用平滑的曲线 或 直线 将坐标纸上的各点连结起来 若是直线 应使各点均匀分布于 直线上或直线两侧 偏离直线太大的点应舍弃 3 通过改变变量的 方法 如把变量x改为 x2 把曲线变为直线 使图象更直观 探究一探究二 误差分析和注意事项 情景导引 为了探究弹簧弹力F和弹簧伸长量x的关系 某同学选了A B两 根规格不同的弹簧进行测试 根据测得的数据绘出如图所示的图 象 从图象上看 该同学没能完全按实验要求做 使图象上端成为曲 线 图象上端成为曲线的原因是什么
7、 要点提示 在弹簧的弹性限度以内 弹力与形变量是成正比的 图 象上端出现弯曲是因为拉力过大 超过了弹簧的弹性限度 探究一探究二 知识归纳 1 误差分析 1 读数和作图时会带来偶然误差 为了减小偶然误差 要尽量多 测几组数据和规范作图 2 弹簧竖直悬挂时 未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误 差 为了减小该系统误差 实验中应使用轻质弹簧 2 注意事项 1 实验中弹簧下端挂的钩码不要太多 以免超出弹簧的弹性限 度 2 测量长度时 应区别弹簧原长l0 实际长度l及伸长量x三者之 间的不同 明确三者之间的关系 3 记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位 4 描点作图时 应使尽量多的点落在画出的线
8、上 可允许少数点 分布于线两侧 描出的线不应是折线 而应是平滑的曲线或直线 探究一探究二 典例剖析 例2 多选 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 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 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时 应竖直悬挂弹簧 挂在弹 簧下端的钩码应处于静止状态 C 用刻度尺测得的弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D 用几个不同的弹簧 分别测出它们所受的拉力与伸长量 可得出 拉力与伸长量之比相等 解析 实验时弹簧被拉伸的长度不能超出它的弹性限度 A正确 要使弹簧的弹力等于钩码重力的大小 应竖直悬挂弹簧 且要使弹 簧下端的钩码处于静止状态 B正确 弹簧的伸长量等
9、于弹簧的长度 减去弹簧的原长 C错误 不同的弹簧的劲度系数不同 所以拉力与 伸长量之比不相等 D错误 答案 AB 探究一探究二 变式训练下列关于 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验的说法 中正确的是 A 实验中k的具体数值必须计算出来 B 如果没有测出弹簧原长 用弹簧长度L代替x F L图线也是过原 点的一条直线 C 利用F x图线可求出k值 D 实验时要把所有点连到线上 才能探究得到真实规律 解析 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验中利用F x图线可求 出k值 但不一定要求解出k值 实验中用弹簧长度L代替x F L图线不 是过原点的一条直线 作图时绝大多数点通过直线 偏离较大的点 应舍去 C项对
10、 答案 C 12345 1 一个实验小组在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 使用 两条不同的轻质弹簧a和b 得到弹力F与弹簧长度L的图象如图所 示 下列表述正确的是 A a的原长比b的长 B a的劲度系数比b的大 C a的劲度系数比b的小 D 测得的弹力与弹簧的长度成正比 解析 在图象中横截距表示弹簧的原长 故b的原长比a的长 A错误 斜率表示弹簧的劲度系数k 故a的劲度系数比b的大 B正确 C错误 弹簧的弹力满足胡克定律 弹力与弹簧的形变量成正比 故D错误 答案 B 12345 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 先把弹簧放 在水平桌面上使其自然伸展 用刻度尺测出其长度
11、L0 再把弹簧竖直 悬挂起来 挂上钩码 平衡后测出其长度L 令x L L0 改变钩码数 进行多次测量 用F表示弹簧下端受到的钩码的拉力 则下列F x图 线 你认为符合实际情况的是 解析 因为弹簧是被放在水平桌面上测得的原长 把弹簧竖直悬挂 起来后 由于重力的作用 弹簧的长度会增大 所以图线应出现x轴上 有截距 C正确 A B D错误 答案 C 12345 3 如图甲所示 用铁架台 弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码 探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系 1 为完成实验 还需要的实验器材有 2 实验中需要测量的物理量有 3 图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象 由此可求出弹簧 的劲度系
12、数为 N m 图线不过原点是由于 12345 4 为完成该实验 设计的实验步骤如下 A 以弹簧伸长量为横坐标 以弹力为纵坐标 描出各组 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所对应的刻度l0 C 将铁架台固定于桌子上 并将弹簧的一端系于横梁上 在弹簧附近 竖直固定一把刻度尺 D 依次在弹簧下端挂上1个 2个 3个 4个 钩码 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 请将以上步骤按操作的先后顺序
13、排列出来 12345 解析 1 根据实验原理可知 还需要刻度尺 铅垂线 坐标纸 2 根据实验原理 实验中需要测量的物理量有弹簧的原长 弹簧 所受外力与对应的伸长量 或对应的长度 3 取图象中 0 5 cm 0 和 3 5 cm 6 N 两个点 代入 F k x 解得 k 200 N m 由于弹簧自身重力的影响 使得弹簧不加外力时就有 形变量 4 根据完成实验的合理性可知 先后顺序为CBDAEF 答案 1 刻度尺 铅垂线 坐标纸 2 弹簧原长 弹簧所受外力及对应的伸长量 或对应的长度 3 200 弹簧自身重力的影响 4 CBDAEF 12345 4 一根轻弹簧 其弹力F的大小与长度x的关系如图中
14、的线段a和b所 示 求 1 弹簧原长为多少 2 弹簧的劲度系数为多大 3 弹簧长度为6 cm时 弹力大小为多少 解析 由题图可知 a段表示弹簧被压缩 b段表示弹簧被拉伸 1 弹力为零时 对应弹簧长度x0 12 cm 即为原长 2 对b段 根据胡克定律知 3 当弹簧长度为6 cm时 根据胡克定律知 弹簧弹力F kx 2 500 12 6 10 2 N 150 N 答案 1 12 cm 2 2 500 N m 3 150 N 12345 5 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和 刻度尺都应在 选填 水平 或 竖直 方向 2 弹簧自然悬挂 待
15、弹簧 时 长度记为L0 弹簧下端挂上砝 码盘时 长度记为Lx 在砝码盘中每次增加10 g砝码 弹簧长度依次记 为L1至L6 数据如下表 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 12345 3 下图是该同学根据表中数据作的图象 纵轴是砝码的质量 横轴 是弹簧长度与 选填 L0 或 Lx 的差值 4 由图可知弹簧的劲度系数为 N m 通过图和表可知砝 码盘的质量为 g 结果保留两位有效数字 重力加速度g 取9 8 m s2 12345 解析 1 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生 所以弹 簧轴线和刻度尺均应在竖直方向 2 弹簧静止稳定时 记录原长L0 表中的数据L3与其他数据有效位 数不同 所以数据L3不规范 3 由题图知所挂砝码质量为0时 x为0 所以x L Lx L为弹簧长度 4 由胡克定律F k x知 mg k L Lx 即mg kx 所以图线斜率即为 弹簧的劲度系数 答案 1 竖直 2 静止 L3 3 Lx 4 4 9 10
