2019_20学年高中物理第三章实验探究弹力与弹簧伸长量的关系课件新人教版必修.pptx

实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系,新知预习,自主检测,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。,新知预习,自主检测,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。 三、实验步骤 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。,新知预习,自主检测,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。,新知预习,自主检测,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,新知预习,自主检测,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,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,随堂检测,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,随堂检测,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,随堂检测,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):,探究二,随堂检测,(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,随堂检测,解析(1)描点作图,如图所示:,答案(1)见解析图 (2)58.3(56.558.5),探究一,探究二,随堂检测,规律方法作图法 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,随堂检测,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? 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,随堂检测,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,随堂检测,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,探究一,探究二,随堂检测,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,随堂检测,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。 答案C,探究一,探究二,随堂检测,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,探究一,探究二,随堂检测,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,探究一,探究二,随堂检测,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数为 N/m,图线不过原点是由于 。,探究一,探究二,随堂检测,(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排列出来: 。,探究一,探究二,随堂检测,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=kx,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,探究一,探究二,随堂检测,4.“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验装置如图甲所示,实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,测出相应的弹簧总长度。 (1)某同学通过以上测量后把6组数据描点在坐标图乙中,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。,探究一,探究二,随堂检测,解析(1)题给数据点大致分布在一条直线上,故用直线拟合数据点,使数据点大致均匀分布在该直线上,如图所示。 (2)F=0时的弹簧长度即原长,由题图可知,L0=5.0 cm;根据胡克定律可知,F=k(L-L0),即F-L图线的斜率表示弹簧的劲度系数,根据题图可知,k= N/m=25 N/m,答案(1)见解析图 (2)5.0 25,探究一,探究二,随堂检测,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 。,探究一,探究二,随堂检测,(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,