第三章 第1节 第3课时 实验探究弹簧弹力与形变量的关系（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

相互作用——力 第三章 第1节　重力与弹力 第3课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（十五） 　　[学习目标]1.探究弹簧弹力与形变量之间的关系（科学探 究）.2.会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据（科学 思维）.3.能利用F－x、F－l图像求出弹簧的劲度系数（科学 思维）. 返回目录 物理　必修　第一册 　 课前·教材预案 知识点1　实验思路 1. 实验目的 （1）探究弹力与弹簧伸长量之间的关系. （2）学会利用列表法、 、函数法处理实验数据. （3）验证 ⁠. 图像法　 胡克定律　 返回目录 物理　必修　第一册 　 2. 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　 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）弹簧的长度可用 直接测出，伸长量可以由伸 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. 刻度尺　 返回目录 物理　必修　第一册 　 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）按实验原理图安装实验装置，记下弹簧 ⁠时 下端所对应的刻度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. 自由下垂　 返回目录 物理　必修　第一册 　 （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＝ ⁠表示弹 簧的伸长量. 钩码个数 0 1 2 3 4 5 6 F/N 0 l/cm x/cm 0 l－l0　 返回目录 物理　必修　第一册 　 知识点2　数据处理 1. 数据处理 （1）建立如图所示的直角坐标系，以弹簧的弹力F为纵轴、以 弹簧伸长量x为横轴，根据测量数据在坐标纸上描点，作出F－ x图像. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数.首先 尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数. （3）得出弹簧弹力和伸长量之间的定量关系，解释函数表达 式中常数的物理意义. 返回目录 物理　必修　第一册 　 2. 注意事项 （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及伸长量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. （4）记录数据时要注意弹力与形变量的对应关系及单位. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （5）描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许 少数点均匀分布于图线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的图 线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线. 返回目录 物理　必修　第一册 　 【例题1】（多选）在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实 验中，以下说法正确的是（　　） A. 在弹簧下端挂钩码时，不能挂太多钩码，以保证弹簧处于 弹性限度内 B. 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 C. 弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上，刻度尺应竖直固定在弹 簧附近 D. 用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉 力与伸长量之比均相等 返回目录 物理　必修　第一册 　 思维导引：实验原理为胡克定律，探究弹簧弹力与伸长量之间 的关系时需要根据测量数据记录，合理选取与处理物理量. 答案　AC 思维导引： 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　在弹簧下端挂钩码时，不能挂太多钩码，以保证弹簧处 于弹性限度内，选项A正确；用直尺测得弹簧的长度减去弹簧 原长即为弹簧的伸长量，选项B错误；弹簧竖直悬挂于铁架台 的横梁上，刻度尺应竖直固定在弹簧附近，选项C正确；拉力 与伸长量之比是劲度系数，由弹簧自身的长度、粗细、材料等 因素决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度 系数不一定相同，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第一册 　 【变式1】在探究一根轻质弹簧的弹力与形变量的关系的实验 中，根据测量数据作出了弹力F和弹簧的形变量x的关系图像. 下列说法正确的是（　　） A. 图线是经过坐标原点的曲线，说明F与x成正比 B. 图线是经过坐标原点的直线，说明F与x成正比 C. 弹簧的劲度系数与弹力成正比 D. 图线的斜率的倒数就是弹簧的劲度系数 答案　B 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　在弹性限度内，图线是经过坐标原点的直线，说明F与x 成正比，选项A错误，B正确；弹簧的劲度系数取决于弹簧本 身，选项C错误；由胡克定律F＝kx得，图线的斜率k＝表示 弹簧的劲度系数，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第一册 　 考点2　数据处理及误差分析 【例题2】某同学做“探究弹簧弹力与伸长量的关系”的实验. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （1）图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示 数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺 刻度，此时弹簧的伸长量Δl为 　　　　cm. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹 力，关于此操作，下列选项中做法规范的是 　　　　.（填选 项前的字母） A. 逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻 度和对应的钩码总重 B. 随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对 应的钩码总重 返回目录 物理　必修　第一册 　 （3）图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图 线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因 是 　　　　　　　　　　　　　. 思维导引：本题属于实验探究题，应从胡克定律的公式入手， 找准弹簧形变量；同时，利用图像法研究物理问题也是本题的 一个关键点. 解析　（1）由题图乙可知，读数为14.66 cm，所以弹簧的伸 长量为 Δl＝14.66 cm－7.73 cm＝6.93 cm. 思维导引： 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）若随意增减钩码，会使作图不方便，有可能会超出弹簧 的形变范围，所以应逐一增加钩码. （3）由题图丙AB段可知，弹簧伸长量与弹力不成线性关系， 是因为钩码重力超过了弹簧的弹性限度. 答案　（1）6.93　（2）A （3）超过了弹簧的弹性限度 返回目录 物理　必修　第一册 　 F－x图像与F－l图像的区别 1. F－x图像应是过原点的直线，直线的斜率等于弹簧的劲度 系数. 2. F－l图像是不过原点的直线，其与横轴的截距等于弹簧的原 长，斜率仍然等于弹簧的劲度系数. 返回目录 物理　必修　第一册 　 【变式2】小武在校运会400 m跑步项目中获得金牌，他计划用 实验室的一根旧弹簧来测量校运会金牌的质量. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （1）除弹簧外，小武还准备了若干个20 g钩码、铁架台、轻 绳、刻度尺，如图甲所示. 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）正确安装实验仪器后，逐次挂上钩码，测量每次稳定后 弹簧的长度l，记录到表格中. 钩码数 量n/个 1 2 3 4 5 6 7 长度l/cm 6.51 7.52 8.54 9.5 10.56 11.56 12.58 返回目录 物理　必修　第一册 　 （3）上表中有一个数据读数不规范，它对应的钩码数量 是 　　　　个. 根据表中数据在图乙上描点，绘制图线.根据 图线判断，弹簧 　　　　（选填“符合”或“不符合”）胡克 定律.由图乙可知弹簧的原长l0＝ 　　　　cm. 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（3）因为用刻度尺测量长度是要估读到分度值的下一 位，所以根据表中数据可知，钩码数量为4个时，所记录数据 的数字无估读值，记录不规范.根据表格中数据，描点画图， 注意应使更多的点在直线上，不在图线上的点分布在图线两 侧，误差太大的点舍去，如图所示. 返回目录 物理　必修　第一册 　 根据图像可知nmg＝k（l－l0），因为胡克定律表达式为F＝ kΔx.解得弹簧的劲度系数为k≈20 N/m，所以，弹簧符合胡克 定律.当不挂钩码时，弹簧的长度即为弹簧的原长，根据图像 可知，弹簧的原长为图线与l轴的交点，所以弹簧的原长为l0＝ 5.60 cm. 答案　（3）4　符合　5.60 返回目录 物理　必修　第一册 　 （4）把校运会金牌挂在弹簧上，稳定后弹簧长度的示数如图 丙所示，由上述数据计算得校运会金牌的质量为 　　　　g （重力加速度g取10 m/s2 ，结果保留三位有效数字）. 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（4）根据题图丙可知，此时弹簧的长度为l＝10.90 cm，由胡克定律Mg＝k（l－l0），代入数据得，校运会金牌的质量为M＝106 g. 答案　（4）106 返回目录 物理　必修　第一册 　 （5）该实验中，小武忽略了弹簧自身所受重力的影响，与真 实值相比，测量结果 　　　　（选填“偏大”“偏小”或“相 等”）. 解析　（5）纵轴为钩码的个数，横轴是弹簧的长度，根据胡克定律可知，图线的斜率不变，所以在该实验中，小武忽略了弹簧自身所受重力的影响，与真实值相比，测量结果没有影响. 答案　（5）相等 返回目录 物理　必修　第一册 　 课末·随堂演练 1. （多选）在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，下 列说法正确的是（　　） A. 弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B. 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直 位置且处于平衡状态 C. 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D. 用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉 力与伸长量之比相等 返回目录 物理　必修　第一册 　 答案　AB 解析　弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损 坏，选项A正确；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证 弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码 平衡时再读数，选项B正确；弹簧的长度不等于弹簧的伸长 量，伸长量等于弹簧长度减去原长，选项C错误；拉力与伸长 量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变 的，不同的弹簧的劲度系数一般不同，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第一册 　 2. 如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等 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）实验中还需要的测量工具有 　　　　　　　. 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（1）实验需要测量弹簧的长度，故还需要的测量工具 是毫米刻度尺. 答案　（1）毫米刻度尺（直尺） 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴表示钩码质量 m，横轴表示弹簧的形变量x.由图可知，图线不通过原点，其 原因是 　　　　　　　　　　　　　　　；弹簧的劲度系数k ＝ 　　　　　N/m（计算结果保留两位有效数字，重力加速度 g取9.8 m/s2）. 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（2）由题图乙可知，当m＝0，即F＝0时，x大于零，说明没有挂重物时，弹簧已经伸长，这是由于弹簧自身的重力造成 的；由题中图线可知k＝＝ N/m≈5.2 N/m. 答案　（2）弹簧自身有重力　5.2（5.1～5.4均可） 返回目录 物理　必修　第一册 　 （3）如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，画出弹簧 弹力F与弹簧长度L的关系图线，下列说法正确的是 　　　　. A. a的原长比b的长 B. a的劲度系数比b的大 C. a的劲度系数比b的小 D. 弹力与弹簧长度成正比 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（3）在F－L图像中横截距表示弹簧的原长，则b的原长比a的长，选项A错误；F－L图像的斜率表示弹簧的劲度系数k，则a的劲度系数比b的大，选项B正确，C错误；弹簧的弹力与弹簧形变量的关系满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，选项D错误. 答案　（3）B 返回目录 物理　必修　第一册 　 3. 用如图甲所示的装置来探究胡克定律.轻质弹簧的左端与固 定在墙上的拉力传感器连接，右端在水平拉力F的作用下从原 长开始沿水平方向缓慢伸长，弹簧与水平面不接触，通过刻度 尺可以读出弹簧的伸长量x，通过拉力传感器可以读出拉力F， 多次测量F、x，作出F－x图像如图乙所示，回答下列问题： 返回目录 物理　必修　第一册 　 （1）当弹力增大到一定程度时，图像变弯曲，原因 是 　　　　　　　　　　　； 解析　（1）图像变弯曲，原因是弹簧形变量超出弹簧的弹性 限度. 答案　（1）弹簧形变量超出弹簧的弹性限度 返回目录 物理　必修　第一册 　 （2）弹簧的劲度系数为 　　　　； 解析　（2）F－x图像的斜率表示弹簧的劲度系数，即k＝. 答案　（2）　 （3）弹簧的伸长量分别为x2和x1时，拉力传感器的示数之差 为 　　　　　　　　. 返回目录 物理　必修　第一册 　 解析　（3）弹簧的伸长量为x1时，设拉力传感器的示数为F1， 由k＝，结合k＝， 可得F1＝， 则有F2－F1＝. 答案　（3） 返回目录 物理　必修　第一册 　 课时作业（十五） 返回目录 物理　必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$