沪科版必修1 实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系 课件（26张）.pptx

第3章 学案3实验 探究弹力与弹簧伸长量的关系 目标定位1 探究弹力与弹簧伸长量之间的关系 2 学会利用图像法处理实验数据 3 能根据f x f l图像求出弹簧的劲度系数 内容索引 达标检测 知识探究 知识探究 一 实验原理 1 如图1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 弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用测出 其伸长量x可以用弹簧的长度减去来求得 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 作出弹簧弹力f与弹簧伸长量x的关系图像 根据实验所得的图像 就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系 大小相等 刻度尺 图1 原长 二 实验器材 钩码 一盒 铁架台 轻弹簧 刻度尺 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2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 3 改变所挂钩码的质量 测出对应的弹簧长度 记录m2 m3 m4 m5 和相应的弹簧长度l2 l3 l4 l5 图2 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 四 数据处理 1 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随弹簧伸长量x变化的图线 2 以弹簧的伸长量为自变量 写出曲线所代表的函数 首先尝试一次函数 如果不行则考虑二次函数 3 得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系 解释函数表达式中常数的物理意义 五 误差分析 1 本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差 为了减小误差 要尽量多测几组数据 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 六 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 5 尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响 典例精析 例1 1 多选 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 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 用刻度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 解析 答案 解析本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象 在弹性限度内通过增减钩码的数目 以改变对弹簧的拉力 实验时弹簧要处于竖直位置 故a b正确 弹簧的伸长量为弹簧拉长后的长度与原长的差 故c错误 对于不同的弹簧 其所受拉力与伸长量之比是不同的 故d错误 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 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 解析 答案 解析由于考虑弹簧自身重力的影响 当不挂钩码时 弹簧的伸长量x 0 所以选c 例2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 填 水平 或 竖直 解析 答案 竖直 解析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 数据如下表 解析 答案 稳定 解析弹簧静止稳定时 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 标准数据应读至cm位的后两位 最后一位应为估读值 精确至0 1mm 所以刻度尺的最小分度为1mm 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 l3 1mm 3 图3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 填 l0 或 lx 解析 答案 图3 解析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 lx 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 8n kg 解析 答案 4 9 10 解析由胡克定律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 同理 砝码盘质量 达标检测 1 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端 进行测量 根据实验所测数据 利用描点法作出了所挂钩码的重力g与弹簧总长l的关系图像 如图4所示 根据图像回答以下问题 1 弹簧的原长为 2 弹簧的劲度系数为 1 2 图4 解析 答案 10cm 1000n m 解析钩码的重力等于其对弹簧的拉力 又根据胡克定律f kx k l l0 所以图线在横轴上的截距表示弹簧原长 斜率表示弹簧的劲度系数 故l0 10cm k n m 1000n m 1 2 2 某同学用如图5所示装置做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验 他先测出不挂钩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 g取9 8n kg 1 2 图5 1 根据所测数据在图6坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码总质量m的关系曲线 1 2 解析 答案 答案见解析图 解析根据表格中的各组数据在坐标纸上标出相应的点 然后用平滑曲线连接这些点 作出的图像如图所示 图6 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关系满足胡克定律 这种规格弹簧的劲度系数为 n m