3.2 科学探究：弹力2 课件-2021-2022学年鲁科版（2019）高中物理必修第一册

第2节 科学探究：弹力 （二） 1．实验目的 (1)探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系。 (2)学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。 二、探究弹力与弹簧伸长的关系 　　2．实验原理 　　弹簧上的弹力与使它发生形变的外力在数值上是相等的，用悬挂法测量弹簧的弹力时，当弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等；弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得，这样就可以定量研究弹力与弹簧伸长之间的关系了。 　　3．实验器材 　　铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。 　　4．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，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测出弹簧的总长并计算钩码的重力，填写在记录表格里。 1 2 3 4 5 F/N L/cm x/cm (3)改变所挂钩码的质量，重复上步的实验过程多次。 　　5．数据处理 　　(1)用公式x＝L－L0计算出弹簧各次的伸长量，填入上表。 　　(2)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。 (3)以弹簧伸长量为自变量，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。 　　(4)得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，研究并解释函数表达式中常数的物理意义。 　　6．注意事项 　　(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。 　　(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使在坐标上描的点尽可能稀一些，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。 　　(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 　　(5)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、胡克定律内容： 在弹性限度内,弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 2、公式： F ＝ k x 其中：k——弹簧的劲度系数 单位：牛顿每米， 符号N/m x——弹簧伸长（或压缩）的长度 ☆k的大小由弹簧的材料、粗细（直径）、匝数决定 三．胡克定律 例1．在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中，如何保证刻度尺竖直(　　) A．使用三角板　 B．使用重垂线 C．目测 D．不用检查 解析：使用重垂线可保证刻度尺竖直，故B正确．A、C不准确，不合题意，D是错误的．答案：B 　　7．误差分析 　　(1)由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较大的测量误差。 　　(2)由于弹簧自身的重力的影响造成误差。 　　(3)当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样在作图线时，图线与x轴有一截距。 　2．某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，所用实验装置如图所示，所用的钩码每只质量都是30 g。他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，每次都测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。 钩码质量(g) 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度(cm) 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 实验中弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10 m/s2。试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧所受弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系的图线。则： 　　(1)写出该图线的数学表达式F＝________ N； 　　(2)图线与横轴的交点的物理意义是___________； 　　(3)该弹簧的劲度系数k＝________ N/m； 　　(4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是_____。 　　[审题指导]　解答本题需要把握以下两点： 　　(1)图线斜率的意义(或切线斜率的意义)； 　　(2)图线与纵轴、横轴交点的物理意义。图象法是处理实验数据的一种常用方法。 　　[解析]描点作图，图象如图所示。 　　(1)由图象可以得出图线的数学表达式为F＝(30L－1.8) N； 　　(2)图线与横轴的交点表示，弹簧所受弹力F＝0时弹簧的长度，即弹簧的原长； 　　(3)图线的斜率即为弹簧的劲度系数k＝30 N/m； 　　(4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力，此时弹簧被压缩了1 cm，即表示弹簧被压缩 1 cm时的弹力。 [答案]　(1)(30L－1.8)　(2)弹簧原长　(3)30 (4)弹簧被压缩1 cm时的弹力 例.如右图