3.1.2重力与弹力 同步课件-2022-2023学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

3.1重力与弹力(第2课时）2019版必修一探究弹簧弹力与形变量的关系【实验目的】1.探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系。2.会用图像处理实验数据的方法。【实验器材】铁架台、毫米刻度尺(米尺)、弹簧、钩码若干、坐标纸、铅笔等。【实验原理与设计】1.实验的基本思想——二力平衡。2.实验原理:(1)两个物理量的测量。①弹簧的弹力F的测量:弹簧下端悬挂钩码,静止的钩码处于平衡状态,弹力的大小与所挂钩码的重力大小相等,即F=mg。②弹簧的伸长量x的确定:弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出,弹簧的伸长量x=l-l0。(2)图像法分析实验数据。①F-x图像的作法:a.纵轴:弹簧受到的弹力。b.横轴:弹簧伸长的长度。②图像的斜率:表示弹簧的劲度系数。【实验步骤】1.测l0:按图安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。2.测总长和弹力:在弹簧下端悬挂一个钩码,平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。1234567F/N0l/cmx/cm03.重复:增加钩码的个数,重复上述实验过程,将数据填入表格,以F表示弹力,l表示弹簧的总长度,x=l-l0表示弹簧的伸长量。【数据收集与分析】1.作图: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,描点按照各点的分布和走向,尝试作一条平滑的曲线(包括直线),得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线,如图所示。2.求弹簧的劲度系数:以弹簧伸长量为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系,函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数,这个常数也可根据F-x图线的斜率求解,k=【误差分析】

2.偶然误差:(1)产生原因:①弹簧拉力大小不稳定。②弹簧长度测量不准确。③描点、作图不准确。(2)减小方法:①弹簧一端固定,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。②固定刻度尺,多测几次。③坐标轴的标度尽量大一些,描线时让尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧。1.系统误差:(1)钩码标值不准确。(2)弹簧自身重力的影响。注意事项：1．实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避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．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自然下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态．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．5．尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响．1.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________方向(选填“水平”或“竖直”)。例题探究(2)弹簧自然悬挂,待弹簧________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10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6。数据如表:

代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30静止竖直表中有一个数值记录不规范,代表符号为________。由表可知所用刻度尺的最小分度为________。

(3)如图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与________的差值(选填“L0”或“Lx”)。

Lx1mmL3(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,重力加速度取9.8m/s2)

4.9102.在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时,小明同学用如图(a)所示的实验装置进行实验;将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上砝码盘。通过改变盘中砝码的质量,用刻度尺测出弹簧对应的长度,测得实验数据如下:实验次数123456砝码质量m/g0306090120150弹簧的长度x/cm6.007.148.349.4810.6411.79(1)乐轩同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x-m图像如图(b)所示,根据图像他得出结论:弹簧弹力和弹簧伸长量不是正比例关系,而是一次函数关系。他结论错误的原因是_______________________________。

(2)作出的图线与坐标系纵轴有一截距,其物理意义是____________________,

该弹簧的劲度系数k=________N/m(保留3位有效数字,g取10m/s2)。

(3)请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的质量相比,结果________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。

x-m图像纵坐标不是弹簧的伸长量未挂钩码时弹簧的长度25.9相同随堂检测1.以下是某同学所进行的“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验步骤：(1)将一个弹簧的上端固定在铁架台上，竖直悬挂起来，在弹簧下端挂一个钩码，记下钩码的质量m1，此时弹簧平衡，弹力大小为F1＝m1g，用刻度尺测量出此时弹簧的长度l1，并记录到表格中．(2)再增加钩码，重复上述的操作，逐渐增加钩码的重力，得到多组数据．(3)以力F为纵坐标，以弹簧长度lx为横坐标，根据所测的数据在坐标纸上描点．(4)按坐标纸上所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(或直线)．(5)根据图线的特点，分析弹簧的弹力F与弹簧长度lx的关系，并得出实验结论．以上步骤中有三个不当之处，请将不合理的地方找出来并进行修正解析(1)中还应该测出弹簧的原长l0，此时应在不挂钩码的情况下，让弹簧保持自然下垂状态，用刻度尺测量出从悬点到弹簧下端的长度即为l0；(3)中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横坐标，因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系；(5)中应分析弹力与弹簧伸长量的关系．2.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，设计了如图甲所示的实验装置，将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺设置在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，测出弹簧相应的总长度．每只钩码的质量都是10g．实验数据见下表．(g取10N/kg)钩码质量m/g01020304050弹簧总长度l/cm3.003.504.004.505.005.50弹力大小F/N00.10.20.30.40.5(1)关于本实验，下列说法正确的是________．A．悬吊钩码时，应在钩码静止后再读数B．应在弹簧的弹性限度范围内进行测量C．在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态D．在测量弹簧原长时，应将弹簧平放在水平桌面上，使其自然伸长，并测出其长度(2)根据上述实验数据，在图乙所示的坐标纸上，作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的关系图象，并求出该弹簧的劲度系数k＝________N/m.(3)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力和弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是________．A．a的原长比b的短B．a的劲度系数比b的小C．a的劲度系数比b的大D．测得的弹力与弹簧的长度成正比ABC20AC3.在“探究弹力与弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图4所示．所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐次增加，挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图坐标系中，请作出F—L图线．(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝____cm，劲度系数k＝____N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：______________________________________________________，缺点在于：_______________________________________________________.可以避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差次数123456弹力F/N

弹簧的长度

L/(×10－2m)

2054.某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度圈数)的关系。实验装置如图甲所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)163①56.043.633.828.81/k(m/N)0.0061②0.0179