3.1重力与弹力之实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第三章 相互作用——力 实验：探究弹簧弹力与 形变量的关系 日常生活中，弹簧随处可 见，小到圆珠笔中的弹簧， 大到汽车的减震弹簧。 你还能举出其他实例吗？弹力的大小与哪些因素有关？ 导入新课 生活经验：拉力器要拉开的距离越长，所需要的拉力越大。 思考：弹簧的弹力与弹簧的形变有什么关系？ 导入新课 【创设情景，提出问题】 要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些 实验器材？测量哪些物理量？如何测量？ （1）如何测量F ？ 根据二力平衡，弹簧竖直悬挂钩码，或用钩码竖直向下压缩弹簧，平衡时，钩码重力大小等于弹力大小； 探究弹簧弹力与形变量的关系 【创设情景，提出问题】 用刻度尺测出弹簧的原长和被拉伸（或压缩）后的长度， 形变后的长度－未形变时的原长＝弹簧的形变量。 （2）如何测得形变量 x ？ 要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些 实验器材？测量哪些物理量？如何测量？ 探究弹簧弹力与形变量的关系 【创设情景，提出问题】 图像法：建立F-x坐标系，描点画出图像。 （3）如何直观得到F与x的关系？ 要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些 实验器材？测量哪些物理量？如何测量？ 探究弹簧弹力与形变量的关系 【制订方案，设计实验】 方案一：拉伸弹簧 将弹簧挂在支架上，测量弹簧的原长l0； 在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹 簧的长度l，求出弹簧的伸长量（x＝l－l0） 和弹力F（等于所挂钩码的重力）； 改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽 量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。 探究弹簧弹力与形变量的关系 将弹簧放在竖直放置的玻璃试管的底部，记录 弹簧的原长l0，即标线1的位置； 将合适尺寸的钩码放进玻璃管，待钩码静止时 再测出弹簧的长度 l，即标线2的位置。求出弹 簧的压缩量（x＝l0－l）和弹力F（等于所支撑 的钩码的重力）； 改变钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。 【制订方案，设计实验】 方案二：压缩弹簧 探究弹簧弹力与形变量的关系 注意事项： 本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差。 刻度尺要________________以减小读数带来的误差， 每次改变悬挂钩码个数后，要待系统_____后再读数。 实验中所提供的刻度尺分度值为1 mm， 应再_____一位。 竖直且紧靠弹簧 稳定 估读 探究弹簧弹力与形变量的关系 注意事项： 弹簧组盒中说明书已说明每个弹簧的弹性限度，注意 实验时_______________________。 坐标纸上制定标度要让点________________________。 线性拟合：若图像为直线，要让尽量多的点 分布在直线上，不在线上的点均匀分布在直 线的_____，特别远的点_____。 不要超过它的弹性限度 尽量分布到整个坐标纸上 两侧 舍去 探究弹簧弹力与形变量的关系 根据实验步骤，某次测量采集的数据如下表（l0=8 cm） 【分组实验，采集数据】 次数 项目 1 2 3 4 5 6 弹力 F/N 弹簧总长 l1/cm 弹簧伸长 x/cm 1 2 3 4 5 6 10 12 14 16 18 20 2 4 6 8 10 12 根据表格数据，作出F-x图像。 探究弹簧弹力与形变量的关系 图像法： 以弹力F为纵坐标，以弹簧的形变量x为横坐标，根据 所测数据在坐标纸上描点； 按照图中各点的分布与走向，作出一条直线， 所画的点不一定正好都在这条直线上，但要 注意使直线两侧的点数大致相同； 探究弹簧弹力与形变量的关系 以伸长量为自变量，图像代表的函数表达式_______________， 表达式中常数的物理意义：_____________________________。 F= (0.5 N/cm) x 弹簧每伸长1 cm，弹力增大0.5 N 2 4 6 8 10 12 6 5 4 3 2 1 0 探究弹簧弹力与形变量的关系 【分析论证、得出结论】 胡克定律：在弹性限度内，弹力的大小跟 物体的形变量成正比，即F=kx。 式中k表示弹簧的劲度系数，跟弹簧材料、 粗细、长短等有关； 强调：x 表示形变量，而非弹簧的长度。 罗伯特·胡克 1635-1703 通过F-x图像（斜率）可以求出不同弹簧的弹性系数。 探究弹簧弹力与形变量的关系 【反思改进】 在实验过程中，可能会出现哪些影响 实验结果的误差？ 为减小误