高中物理 3.4.实验 探究弹力和弹簧伸长的关系（情境互动课型）课件 鲁科版必修1.ppt

实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 弹力和弹簧的伸长有什么关系呢 1 弹力大小与弹簧长度成正比 2 弹力大小与弹簧的伸长量成正比 3 弹力大小与弹簧伸长量的平方成正比 进行猜想 为了验证哪种猜测是对的 需要测量什么量 弹力和弹簧的伸长量各是怎样测量的 应该选用哪些实验器材 实验步骤怎样 怎样进行数据处理 应该注意哪些事项 思考 1 理解该实验的原理 2 掌握实验器材的使用方法及实验步骤 3 培养学生一丝不苟的科学精神 学会利用图像法处理实验数据 重点 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 实验原理 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 轻质弹簧 一根 铁架台 钩码 一盒 刻度尺 重垂线 坐标纸 三角板 实验器材 我们该如何来做这个实验呢 请同学们先仔细观察 然后总结实验步骤 1 将铁架台放在桌面上 固定好 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 在靠近弹簧处将刻度尺 最小分度为1mm 固定于铁架台上 并用重垂线检查刻度尺是否竖直 记下弹簧下端的位置 从悬点到此位置即为弹簧的原长 实验步骤 2 如图所示 将已知质量的钩码挂在弹簧的下端 在平衡时 记下弹簧下端的位置 从悬点到该位置即为弹簧变化之后的总长度l1 用刻度尺测量后 连同钩码的重力填写在记录表格里 3 改变所挂钩码的个数 重复上述的实验过程多次 把每次测得的长度 钩码的重力记入表格 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 10 5 11 11 5 12 12 5 测量数据 4 以弹力f 大小等于所挂钩码的重力 为纵坐标 弹簧的伸长量 或总长度 为横坐标 用描点法作图 得出关系图线 在相应的坐标纸上作出图像 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 2 4 6 8 10 12 14 0 5 0 5 1 0 1 0 1 5 1 5 2 0 2 0 2 5 2 5 弹力与弹簧伸长量成正比 用公式来表示 f kx其中k与弹簧本身有关 由材料 形状和长度决定 x为弹簧形变量 不是原长 得出结论 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 从而使坐标纸上描出的点尽可能稀一些 这样作出的图线精确 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 刻度尺要保持竖直并靠近弹簧 以免增大误差 注意事项 4 建立坐标系 标度要适当 让所得到的图线布满整个坐标系 5 描点画线时 所描的点不一定都落在一条曲线上 但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧 6 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 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 误差分析 例题 某同学在做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 实验时 所得的数据如表所示 1 画出弹力f与伸长量x的关系图线 实验中每个钩码的质量为50g 当地重力加速度g 10m s2 2 写出弹力f与弹簧伸长量x的关系式 3 指出表达式中常量的物理意义 4 若以弹力为纵坐标 以弹簧长度为横坐标 画出对应的图线 写出函数关系式 说明常量的物理意义 解析 1 每个钩码重mg 0 05 10n 0 5n 由二力平衡 弹力大小等于所挂钩码重量 则建立直角坐标系描点作图 如图所示 2 由图可得出结论 弹力f与弹簧的伸长量x成正比 f kx 取图中一点 32 4 2 0 则图线斜率为k n cm 6 17 10 2n cm 6 17n m所以弹力f与伸长量x间的大小关系为f 6 17x 3 表达式中常量6 17n m表示弹簧伸长1m时弹力大小为6 17n 即弹簧的劲度系数 4 因为弹簧长度l x l0 其中x为伸长量 l0为原长 0 463m 所以x l l0 l 0 463 由f kx得f 6 17 l 0 463 即为弹力f与弹簧长度l之间的函数关系 将f x图形向右平移0 463m 即得f l关系图线 意义 6 17 0 463为纵截距 是一个与伸长量无关的常数 1 知道了在弹性限度内 弹簧弹力f的大小与弹簧的伸长 或缩短 量x成正比2 学习了利用图像法处理实验数据 1 某同学用如图所示装置做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 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钩码 并逐个增加钩码 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 8m s2 1 根据所测数据 在下图所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量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 n范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律 这种规格的弹簧的劲度系数为 n m 解析 本例主要考查用图像法处理数据的方法 以及根据实验结果 图像 判断分析实验结论的能力 1 根据题目中所测量的数据进行描点 然后用平滑的曲线 或直线 连接各点 在连接时应让尽量多的点落在线上 偏差比较大的点舍去 不在线上的点尽量平均分布在线的两侧 如图 2 根据所画图像可以看出 当m 5 00 102g 0 5kg时 标尺刻度x与砝码质量m成一次函数关系 所以在f 4 9n范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律 根据砝码的质量求得弹簧弹力的对应值 由胡克定律f k x可知 答案 1 见解析 2 4 925 2 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 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 ab 3 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 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 c 4 利用如图所示装置做 探究弹力和弹簧伸长关系 的实验 所用的钩码每只的质量为30g 实验中 先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端 稳定后依次测出相应的弹簧总长度 将数据填在表中 弹力始终未超过弹性限度 取g 10