《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第3章相互作用__力1重力与弹力课时2实验探究弹簧弹力与形变量的关系课件新人教版必修第一册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广西专版2023_2024学年新教材高中物理第3章相互作用__力1重力与弹力课时2实验探究弹簧弹力与形变量的关系课件新人教版必修第一册（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1重力与弹力重力与弹力课时课时2实验实验:探究弹簧弹力与形变量的关系探究弹簧弹力与形变量的关系实验探究探究方案梳理方案梳理实验热点点探究突破探究突破随随堂堂训练实验探究方案梳理实验目的1.探究弹簧弹力与形变量之间的关系。探究弹簧弹力与形变量之间的关系。2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。3.能根据能根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。图像求出弹簧的劲度系数。实验原理1.弹簧的弹力弹簧的弹力F的测量的测量:弹簧下端悬挂的钩码静止时弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大弹力大小与所挂钩码的重力大小相等小与所挂钩码的重力大小相等,即即F=mg。
2、2.弹簧的伸长量弹簧的伸长量x的确定的确定:弹簧的原长弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的与挂上钩码后弹簧的长度长度l可以用刻度尺测出可以用刻度尺测出,弹簧的伸长量弹簧的伸长量x=l-l0。3.作出弹簧弹力作出弹簧弹力F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x的关系图像的关系图像,根据图像分析根据图像分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。实验步骤1.安装实验仪器安装实验仪器(如图所示如图所示)。2.测量弹簧的形变量测量弹簧的形变量(或总长或总长)及弹簧弹力及弹簧弹力(弹簧弹力等于钩弹簧弹力等于钩码的重力码的重力),
3、列表做记录列表做记录,要尽可能多测几组数据。要尽可能多测几组数据。3.根据所测数据在坐标纸上描点根据所测数据在坐标纸上描点,以弹簧弹力为纵坐标以弹簧弹力为纵坐标,以弹以弹簧的形变量为横坐标。簧的形变量为横坐标。4.按照在图中所绘点的分布与走向按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲尝试作出一条平滑的曲线线(包括直线包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意但要注意使曲线两侧的点数大致相同。使曲线两侧的点数大致相同。5.以弹簧的形变量为自变量以弹簧的形变量为自变量,写出曲线所代表的函数写出曲线所代表的函数,首先尝首先尝试一次函数试一次函数,如果不
4、行再考虑二次函数。如果不行再考虑二次函数。数据处理1.列表法。列表法。将测得的将测得的F、x填入设计好的表格中填入设计好的表格中,可以发现弹力可以发现弹力F与弹簧与弹簧形变量形变量x的比值在误差允许范围内是相等的。的比值在误差允许范围内是相等的。2.图像法。图像法。以弹簧形变量以弹簧形变量x为横坐标为横坐标,弹力弹力F为纵坐标为纵坐标,描出描出F、x各组数各组数据相应的点据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。3.函数法。函数法。弹力弹力F与弹簧形变量与弹簧形变量x满足满足F=kx的关系。的关系。注意事项1.不要超过弹簧的弹性限度不要超过弹簧的弹
5、性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要实验中弹簧下端挂的钩码不要太多太多,以免弹簧被过分拉伸以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。超过弹簧的弹性限度。2.尽量多测几组数据尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数且要尽量多测几组数据。据。3.观察所描点的走向观察所描点的走向:本实验是探究性实验本实验是探究性实验,实验前并不知道实验前并不知道其规律其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。4.统一单位统一单位:记录数据时要注意弹力及
6、弹簧形变量的对应关记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。系及单位。误差分析1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。画图时描点及连线不准确也会带来误差。实验热点探究突破热点点1实验原理与操作原理与操作典例剖析【例【例1】如图甲所示如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质用铁架台、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。系。(1)为完成实验为完成实验,还需要的实验器材有还需要的实验器材有。(2)实验中需
7、要测量的物理量有实验中需要测量的物理量有。(3)图乙是弹簧弹力图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x的的F-x图像图像,由此可求出由此可求出弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数为N/m。图线不过原点是由于。图线不过原点是由于。(4)为完成该实验为完成该实验,设计的实验步骤如下设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标以弹力为纵坐标,描出各组描出各组(x,F)对对应的点应的点,并用平滑的曲线连接起来。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将铁架台固定于桌子上,并
8、将弹簧的一端系于横梁上并将弹簧的一端系于横梁上,在弹在弹簧附近竖直固定一把刻度尺。簧附近竖直固定一把刻度尺。D.依次在弹簧下端挂上依次在弹簧下端挂上1个、个、2个、个、3个、个、4个个钩码钩码,并分并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内并记录在表格内,然后取下钩码然后取下钩码。E.以弹簧伸长量为自变量以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数先尝试写成一次函数,如果不行如果不行,则考虑二次函数。则考虑二次函数。F.解释函数表达式中常数的物理意义。解释函数表达式中常数的物理意义。G.整理仪
9、器。整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:。答案答案:(1)毫米刻度尺毫米刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度弹簧原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或弹簧受或弹簧受力时的伸长量力时的伸长量)(3)200弹簧自重弹簧自重(4)CBDAEFG解析解析:(1)根据实验原理可知还需要毫米刻度尺来测量弹簧根据实验原理可知还需要毫米刻度尺来测量弹簧原长和形变量。原长和形变量。(2)根据实验原理根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或
10、弹簧受力时的伸长量或弹簧受力时的伸长量)。(3)取图像中取图像中(0.5cm,0)和和(3.5cm,6N)两个点两个点,代入代入F=kx可得可得k=200N/m。由于弹簧自重。由于弹簧自重,使得弹簧不加外力时就有形变量。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根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。学以致用1.在在探究弹簧弹力与形变量的关系实验中探究弹簧弹力与形变量的关系实验中:(1)将弹簧悬挂在铁架台上将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向。轴线和刻度尺都应在竖直方向。(2)弹簧自然悬挂
11、弹簧自然悬挂,待弹簧静止时待弹簧静止时,长度记为长度记为l0;弹簧下端挂上弹簧下端挂上砝码盘时砝码盘时,长度记为长度记为lx;在砝码盘中每次增加在砝码盘中每次增加10g砝码砝码,弹簧长弹簧长度依次记为度依次记为l1至至l6。数据如下表。数据如下表。表中有一个数值记录不规范表中有一个数值记录不规范,代表符号代表符号为为。由表可知所用刻度尺的分度值为由表可知所用刻度尺的分度值为。(3)下图是该同学根据表中数据作的图下图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与横轴是弹簧长度与(选填选填“l0”或或“lx”)的差值。的差值。(4)由图可知弹簧的劲度系数为由图可知弹
12、簧的劲度系数为N/m;通过图和表通过图和表可知砝码盘的质量为可知砝码盘的质量为g(重力加速度重力加速度g取取9.8N/kg)。答案答案:(2)l31mm(3)lx(4)4.910解析解析:(2)弹簧静止时弹簧静止时,记录原长记录原长l0;表中的数据表中的数据l3与其他数据有与其他数据有效位数不同效位数不同,所以数据所以数据l3不规范不规范,标准数据应读至标准数据应读至cm位的后两位的后两位位,最后一位应为估读值最后一位应为估读值,精确至精确至0.1mm,所以刻度尺的分度值所以刻度尺的分度值为为1mm。(3)由题图知所挂砝码质量为由题图知所挂砝码质量为0时时,x为为0,所以所以x=l-lx(l为
13、弹簧长为弹簧长度度)。热点点2实验数据数据处理理典例剖析【例例2】一一位同学做探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关位同学做探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系的实验系的实验,所测的几组数据见下表所测的几组数据见下表,请你根据表中数据作出分请你根据表中数据作出分析。析。(1)算出每一次弹簧的伸长量算出每一次弹簧的伸长量,并将结果填在表中的空格内。并将结果填在表中的空格内。(2)在坐标图上作出在坐标图上作出F-x图线。图线。(3)写出图线的函数表达式写出图线的函数表达式(x用用cm作单位作单位):。(4)函数表达式中常数的物理意义函数表达式中常数的物理意义:。答案答案:(1)(2)如图所如图所示示(3)
14、F=0.5x(N)(4)弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数解析解析:(2)根据表格数据在根据表格数据在F-x坐标图上描点坐标图上描点,根据描的点作直根据描的点作直线线,使所描各点拟合在直线上使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直不在直线上的点均匀分布在直线两侧线两侧)。(3)根据根据(2)中的中的F-x图线知图线知,F与与x是正比例函数是正比例函数,设表达式为设表达式为F=kx,将将F=0.5N、x=1.0cm代入得代入得k=0.5N/cm故函数表达式为故函数表达式为F=0.5x(N)。规律总结规律总结处理处理实验数据的方法实验数据的方法1.列表分析法列表分析法:分析列表中弹簧拉力分析列
15、表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量与对应弹簧的形变量x的关系的关系,可得结论可得结论为为常数常数。2.图像分析法图像分析法:(1)要在坐标轴上标明轴名、单位要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的恰当地选取纵轴、横轴的标度标度,并根据数据特点正确确定坐标起点并根据数据特点正确确定坐标起点,使所作出的图像几使所作出的图像几乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标起点可以则横坐标起点可以不从零开始选择。不从零开始选择。(2)作图线时作图线时,尽可能使直线通过较多坐标描点尽可能使直线通过较多坐标描点,不在直线上的不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两
16、侧点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远若有个别点偏离太远,则是因实验中存在错误所致则是因实验中存在错误所致,应舍去应舍去)。学以致用2.如如图甲所示图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验。验。(1)实验中还需要的测量工具实验中还需要的测量工具有有。(2)如图乙所示如图乙所示,根据实验数据绘图根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量纵轴是钩码质量m,横轴横轴是弹簧的形变量是弹簧的形变量x。由图可知。由图可知,图线不通过原点的原因图线不通过原点的原因是是;弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数k=N/m(计算结计算结果保留果保留2位有效数字位有效数字,重力加速度重力加速度g取取9.8m/s2)。(3)如图丙所示如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧实验中用两根不同的弹簧a和和b,画出弹簧弹画出弹簧弹力力F与弹簧长度与弹簧长度l的的F-l图像图像,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.a的原长比的原长比b的的长长B.a的劲度系数比的劲度系数比b的
