探究活动五 探究弹簧弹力与形变量的关系-【实验探究报告】2022高中必修第一册物理

探究活动五 实验目的 1.知识与技能 (1)知道什么叫形变,能识别常见的形变,知道如何显示微小的形变. (2)知道弹力的概念及产生的原因. (3)通过实验探索弹簧力与伸长量之间的关系. 2.过程与方法 (1)通过本课教学,在初中已有的对弹力的认识的基础上,进一步深化对弹 力的产生、性质、效果的认识,并学习研究物理问题的“实验—观察—思考—归 纳”科学方法. (2)练习与熟悉实验数据处理方法———图象法. 3.情感态度与价值观 从任何物体能都发生形变入手,培养实事求是的世界观. 实验准备 在探究小车运动规律的实验中,我们让小车运动拖动纸带, 在打点计时器下打出一系列点,从而得到这些时刻点的瞬时速 度,再利用这些数据绘制v-t图象,即得到小车速度变化规律.探 究弹簧力与伸长量之间关系的大致思路也是如此,实验中我们得 到一组伸长量和与之对应的弹簧弹力,便可绘制出弹簧弹力与伸 ·72· 长量之间关系图,从而分析出两者之间的具体关系. 参考器材 铁架台、长螺旋弹簧、质量相同的钩码若干、毫米刻度尺、坐标纸. 实验原理 弹簧受到拉力会伸长,弹簧的伸长量越大,弹力就越大.平衡时,弹簧产生的 弹力与所受拉力的大小相等,用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,钩码静止时, 弹簧产生的弹力大小就等于所挂钩码的重力的大小,再用直尺测出弹簧的伸长 量,就可以研究弹簧的弹力与形变量之间的关系了. 实验过程与结论 1.按照如图所示的方法将螺旋弹簧竖直挂在铁架台上,以便在其下方挂上 钩码.硬纸板也要竖直安装,安装前在纸板上贴上白纸. 2.让弹簧自然下垂,此时弹簧受到的拉力F= , 弹簧的伸长量x= .在白纸板上记下弹簧末端的 位置. 3.在弹簧下挂一个50 g的钩码,此时弹簧受到的拉力 F= ,弹簧伸长稳定后,在白纸板上记下弹簧末端的 位置,并标上力的大小. 4.依次增加钩码的个数,分别记下弹簧末端的位置、力的 大小和弹簧的伸长量. 5.取下白纸板,用刻度尺测量弹簧在每次挂上钩码后的伸长量,并将各次的 F、x 对应记入数据表中. 6.在坐标纸上以x 为横轴、F 为纵轴建立坐标系,将表中的数据画在坐 标系中. ·82· 探究活动五 实验反思 1.弹簧的伸长量和弹簧的长度是两个不同的物理量,不可混淆. 2.注意纠正学生认为“一个物理量随另一个物理量增大”就是“成正比”的思 想.通过本实验对“成正比”有个正确的理解. 3.操作时注意须沿螺旋弹簧纵轴方向竖直向下用力. 4.本实验在弹簧的弹性限度内条件成立. 巩固练习 1.某同学用如图所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验.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,所得数据如下表所示. 砝码质量m/102g 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 标尺刻度x/10-2m 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50 (1)根据所测数据,在图乙的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度值x 与 砝码质量m 的关系图线. (2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在 N范围内,弹力的 大小F 与弹簧的伸长量Δx 满足的关系式 ,其中弹簧的劲度系数k= N/m(g 取9.8 m/s2). 2.一根轻质弹簧,当它在100 N的拉力作用下,总长度为0.55 m,当它在 ·92· 300 N的拉力作用下,总长度为0.65 m,则弹簧的自然长度为 ( ) A.0.40 m B.0.45 m C.0.50 m D.0.55 m 3.一根轻质弹簧的劲度系数为1 000 N/m,在弹簧两端有两个人沿着弹簧 的轴线向相反方向各用200 N的力拉弹簧,则该弹簧的伸长量是 ( ) A.10 cm B.20 cm C.40 cm D.50 cm 4.如图所示为一轻质弹簧的长度l和弹力F 大小的关系图象,试由图象 确定. (1)弹簧的原长; (2)弹簧的劲度系数; (3)弹簧长为0.20 m时弹力的大小. 5.下表是某同学为探究弹力和弹簧伸长量的关系所测的几组数据. 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的伸长量x/cm 2.6 5.0 6.8 9.8 12.4 (1)请你在图中的坐标纸上作出F-x 的图象. (2)写出曲线所代表的函数(x 用m作单位). (3)解释函数表达式中常数的物理意义. 6.关于胡克定律,下列说法不正确的是 ( ) A.由F=kx 可知,强力F 的大小与弹簧的形变量x 成正比 B.由k= F x 可知,弹簧的劲度系数k与弹力F 成正比,与弹簧的形变量x 成 ·