3.1.3重力与弹力之探究弹簧弹力与伸长量的关系 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

3.1.3 探究弹簧弹力与形变量的关系 胡克定律 英国科学家胡克经过研究发现，在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 F＝kx 实验目的 (1)探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系。 (2)学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 (3)测量弹簧弹簧的劲度系数。 F＝kx 实验原理 1．测量弹力： 2．测量伸长量： 3．处理实验数据： 弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。 弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长。 作出弹簧弹力为纵轴、伸长量（弹簧长度）为横轴的图像，根据图像分析弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。 斜率等于弹簧的劲度系数 能不能用弹簧测力计测量？ 实验器材 轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、铅垂线、坐标纸。 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所对应的刻度l0。 2．在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码的重力。 3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，用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 4．记录数据 次数 1 2 3 4 5 6 F/N 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 l/cm 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 x/cm 0 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 数据处理 次数 1 2 3 4 5 6 F/N 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 l/cm 5.60 7.00 8.40 9.80 11.20 12.60 x/cm 0 1.40 2.80 4.20 5.60 7.00 F/X (1)列表法 分析弹力与伸长量的比值 (2)图像法 (3)函数法 找出弹力与伸长量的函数关系 误差分析 项目 产生原因 减小方法 系统 误差 弹簧自身重力 选轻质弹簧 钩码标值不准确 用弹簧测力计测量 比较后选用 偶然 误差 弹簧拉力大小不稳定 稳定后再读数 弹簧长度测量不准确 固定刻度尺,多次测量 描点、作图不准确 坐标轴的标度尽量大些,尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧 (1)本实验中对所挂钩码重力有什么要求? (2)某同学的实验图像如图,图像上端为什么会变成曲线? 钩码不能过重,应该在弹簧的弹性限度之内。 悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。 10 注意事项 1.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大读数误差。 2.记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。 3.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。 即学即练 例1、如图所示,用铁架台、弹簧和多个未知质量但质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系。 (1)为完成实验,除了图中提供的实验器材,你还需要的实验器材有:　　、　 　。  (2)实验中你需要测量的物理量有　　、　 　。  (3)为完成该实验,设计的实验步骤如下: 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,测量出一个钩码的重力; 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,写出弹力与弹簧伸长量的关系式。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。 请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:　　。  (4)若实验开始时你将图中的指针从P位置往下挪到Q,其余实验步骤不变且操作正确,则测量得到弹簧的劲度系数将　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。  弹簧自重对劲度系数的测量有无影响？ (1)刻度尺　 弹簧测力计　(2)弹簧原长　弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度　(3)CBDAEFG　(4)不变 12 即学即练 例2、某同学探究弹簧弹力与形变量的关系。 (1)弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在　　(“水平”或“竖直”)方向。  (2)弹簧自然悬挂,待弹簧　　时,长度记为L0;弹簧下端挂上砝码盘时,弹簧长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10 g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6。数据如表所示。  代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31