2018高中物理第三章相互作用实验：探究弹力和弹簧伸长的关系1课件新人教版必修1.ppt

1、实验：探究弹力和弹簧伸长的关系,探究思考：弹簧的弹力和弹簧的 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.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系。 2.掌握利用图像研究两个物理量之间关系的方法。(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. 2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长 量可以由

2、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.,【实验原理】,本实验的原理是什么？,铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔.,【实验器材】,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，量出此时弹簧的长度l1，记 录m1和l1，填入自己设计的表格中.,【实验步骤】,3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x

3、5.,1.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,用描点法作图.连接各点,得出弹力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之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.,【数据处理】,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。即F=kx 1.式中比例系数k称为弹簧的劲度系数。 2.不同的弹簧，其劲度系数一般是不同的。 3.影响k的因素：材料、粗细、长度、匝数 4.胡克定律通常用来计算弹簧弹力的大小。,【实验结论】,1.弹簧拉力大小

4、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、作图不准确会造成误差.,【误差分析】,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,从而使坐标上描的点的间距尽可能大,这样作出的图线更精确. 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,以免增大误差.,【注意事项】,4.描点画线时,所描的点不一定都落在曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧. 5.记录数据时

5、要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.,在物理学中经常用图像处理物理问题，应用图像的好处是直观、方便，根据已知数据选择坐标轴的标度是作好图像的关键.作图像的方法是：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，有时可以通过改变物理量的方法，把曲线变为直线，使图像更直观.,【方法技巧】,【典例1】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，得到弹力与弹簧长度的图像如图所示，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

6、的弹力与弹簧的长度成正比,B,【典例2】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砝码,并逐个增加 砝码,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=9.8 m/s2),(1)根据所测数据,在坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量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 _范围内,弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克 定律.这种规格弹簧劲度系数为_N/m. 【解题指导】 (1)在坐标纸上描点，然后根据各点的分布与走向,用平滑的曲线(或直线)连接各点. (2)满足胡克定律的应

7、是图形中的直线部分.,解析:(1)如图所示,(2)根据图形可以看出，当m5.00102 g= 0.5 kg时,标尺刻度x与砝码质量m成一次函数关系,所以当F=mg4.9 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律. 图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度系数k,则k=25 N/m. 答案:(1)见解析 (2)04.9 N 25,1.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.(多选）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用增加悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证

8、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,2.某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验 中,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 可能是下图中的哪一个( ),C,提示：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 x0,3.做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验步骤 如下： A.以弹簧伸长量为横坐标,以

9、弹力为纵坐标,描出各 组数据(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在刻度尺上的刻度L0； C.将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重),并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺；,D.依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个钩码,并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； G.整理仪器. 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:_.,【解析】根据实验的操作过程应先安装仪器,再挂钩码然后记录数据,分析数据,最后整理即可,排列先后顺序为：C、B、D、A、E、F、G.,4.如图所示，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长度的关系实验,图甲,图乙,(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)图乙是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F-x图 线，由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m图线 不过原点的原因是由于 ,刻度尺 弹簧测力计,弹簧原长，挂钩码后弹簧的长度，钩码的重量,200,弹簧在自身重力的作用下,变长了,即使最无足轻重的今天和昨天相比，也具有现实性这一优势。,