实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-(同课异构课件) 2021-2022学年高一新教材物理必修第一册【步步高】学习笔记(人教版)(京津鲁琼辽粤浙渝鄂冀湘云晋皖黑吉桂)

第三章 相互作用——力 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 学习目标 1.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系。 2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3.验证胡克定律。 实验思路 问题1.要探究弹簧弹力与形变量的关系需要测量哪些物理量？ 问题2.如何测量？ ①弹簧弹力F的确定：弹簧下端悬挂钩码，静止的钩码处于平衡状态，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等。 ②弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0 问题3.如何设计实验？ 问题3.如何设计实验？ 实验器材：弹簧、刻度尺、钩码、铁架台、铅笔、坐标纸 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。 3.求弹簧的劲度系数 弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数k＝F/x ，即为弹簧的劲度系数；另外，在F­-x图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。 ③增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格。以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量 实验步骤 ①按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时弹簧的长度l0 ②在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度，并记下钩码的重力 次数 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0             l/cm               x/cm 0             数据处理 (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，如图所示。 (2)以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据F-­x图线的斜率求解， 问题：实验时要注意哪些问题？ ①尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响 ②实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度 ③测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态 ⑤描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的线应是平滑的曲线 ④记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位 例1.如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m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_________________ (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­-x图线，由 此可求出弹簧的劲度系数为_______N/m. 图线不过原点是由于________________． 典题精析 刻度尺 弹簧原长、弹簧所受外力及对应的长度 200 弹簧自身有重力 (4)为完成该实验，设计实验步骤如下： 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在刻度尺上的刻度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，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：______________________________ CBDAEFG 例2.某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验时，设计了如图甲所示的实验装置，将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺固定在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，测出弹簧相应的总长度．每只钩码的质量都是10 g．实验数据见下表．(g取10 N/kg) 钩码质量m/g 0 10 20 30 40 50 弹簧总长度l/cm 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 弹力大小F/N 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 (1)关于本实验，下列说法正确的是________． A．悬挂钩码时，应在钩码静止后再读数 B．应在弹簧的弹性限度范围内进行测量