第3章 1 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第三章　相互作用——力 1　重力与弹力 第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 谢谢观看 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 科学 探究 1．经历科学探究的过程，探究弹簧伸长量与弹力之间的关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3．能根据F­x、F­l图像求出弹簧的劲度系数。 一、实验器材 铁架台、毫米刻度尺(米尺)、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等。 二、实验原理 1．怎样测量弹簧的弹力？ 答：把钩码挂在弹簧下端，钩码平衡时其重力等于弹力的大小。 2．怎样测量弹簧的伸长量？ 答：测出弹簧的原长，用弹簧挂上钩码时的长度减去原长，即可得到弹簧的伸长量。 三、实验时的注意事项 1．安装装置时应注意什么？ 答：安装装置时让刻度尺和弹簧的轴线要竖直。 2．测量弹簧的长度时应注意什么？ 答：测弹簧的原长时应把弹簧悬挂静止时进行测量，挂上钩码等系统静止后读出刻度尺的示数。 四、数据处理 下面是某学习小组得到的实验数据，试作出弹簧的弹力大小与伸长量的关系图像。由此可得出什么结论？ 实验 次数 钩码的重 力G/N 弹簧的 长度L/cm 弹簧的伸 长量x/cm 弹力的 大小F/N 1 0 11.8 0 0 2 0.5 12.8 1.0 0.5 3 1 14.0 2.2 1 4 1.5 15.1 3.3 1.5 5 2.0 16.1 4.4 2.0 6 2.5 17.4 5.6 2.5 答：如图，弹簧弹力的大小与其伸长量成正比。 五、实验步骤 1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。 2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1。 3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、… 4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格。 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 一、实验原理与操作 以下是某同学所进行的“探究弹簧伸长量与弹力的关系”的实验步骤： ①将一个弹簧的上端固定在铁架台上，竖直悬挂起来，在弹簧下挂一个钩码，记下钩码的质量m1，此时弹簧平衡，弹力大小为F1＝m1g，并用刻度尺测量出此时弹簧的长度l1，并记录到表格中。 ②再增加钩码，重复上述的操作，逐渐增加钩码的重力，得到多组数据。 ③以力F为纵坐标，以弹簧长度lx为横坐标，根据所测的数据在坐标纸上描点。 ④按坐标纸上所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(包括直线)。 ⑤根据图线的特点，分析弹簧的弹力F与弹簧长度lx的关系，并得出实验结论。 以上步骤中至少有三个不当之处，请将不合理的地方找出来并进行修正。 (1)_____________________ ______________________________。 (2)____________________________________________________。 (3)____________________________________________________。 [解析]　(1)①中还应该测出弹簧的原长l0，此时应在不挂钩码的情况下，让弹簧保持自然下垂状态，用刻度尺测出从悬点到弹簧下端的长度即为l0。 (2)③中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横坐标，因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系。 (3)⑤中应分析弹力与弹簧伸长量的关系。 [答案]　见解析 二、实验数据处理 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)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，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。数据如下表： 代表符号 L0 Lx L1 L2 数值/cm 25.35 27.35 29.35 31.30 代表符号 L3 L4 L5 L6 数值/cm 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号为____________。由表可知所用刻度尺的最小分度为________。 (2)如图所示是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________(选填“L0”或“Lx”)的差值。 (3)由m­x图像可知弹簧的劲度系数为______N/m。(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2) (4)通过m­x图像和表中数据可知砝码盘的质量为________g。 [解析]　(1)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm，所以刻度尺的最小分度为1 mm。 (2)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0， 所以x＝L－Lx。 (3)根据胡克定律可知k＝eq \f(ΔF,Δx)＝eq \f(Δm,Δx)·g＝4.9 N/m。 (4)由表格得到，弹簧原长为L0＝25.35 cm；挂砝码盘时Lx＝27.35 cm；由胡克定律，砝码盘质量为： m＝eq \f(kLx－L0,g)＝eq \f(4.9×0.273 5－0.253 5,9.8) kg＝10 g。 [答案]　(1)静止　L3　1 mm　(2)Lx　(3)4.9 (4)10 1．下列关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验的说法中正确的是(　　) A．实验中k的具体数值必须计算出来 B．如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F­L图线也是过原点的一条直线 C．利用F­x图线可求出k值 D．实验时要把所有点连到线上，才能探究得到真实规律 解析　“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中利用F­x图线可求出k值，但不一定要求解出k值，实验中用弹簧长度L代替x，F­L图线不是过原点的一条直线，作图时绝大多数点通过直线，偏离较大的点应舍去。C项正确。 答案　C 2.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度关系的图像如图所示，下列表述正确的是(　　) 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．测得的弹力与弹簧的长度成正比 解析　图像中的斜率表示劲度系数，可知a的劲度系数比b的大，选项B正确，C错误；与l轴的截距表示弹簧的原长，则a的原长比b的短，选项A错误；由胡克定律知，弹簧的弹力大小跟弹簧的形变量成正比，选项D错误。 答案　B 3．(多选)如图是探究某根弹簧的弹力F与弹簧伸长量x之间关系的相关图像。下列说法中正确的有(　　) A．弹簧的劲度系数是2 N/m B．弹簧的劲度系数是2×103 N/m C．当弹簧弹力F2＝800 N时，弹簧的伸长量x2＝40 cm D．当弹簧的伸长量x1＝20 cm时，弹簧产生的弹力F1＝200 N 解析　弹簧的劲度系数为k＝eq \f(8－2×102,40－10×10－2)N/m＝2×103 N/m，选项A错误，B正确；根据胡克定律F＝kx得，x2＝eq \f(F2,k)＝eq \f(800,2×103) m＝0.4 m＝ 40 cm，选项C正确；当弹簧伸长量x1＝20 cm时，弹簧产生的弹力F1＝kx1＝2×103×20×10－2 N＝400 N，选项D错误。 答案　BC 4．(2023·珠海测试)某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验。 (1)将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________(选填“水平”或“竖直”)方向。 (2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线。由图线可得弹簧的原长x0＝______cm，劲度系数k＝________N/m，他利用本实验原理把弹簧做成一把弹簧秤，当示数如图丙所示时，该弹簧伸长的长度Δx＝__________cm。 解析　(1)弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须与弹簧平行，故刻度尺要保持竖直状态。 (2)弹簧处于原长时，弹力为零，故原长为4 cm；弹簧弹力为2 N时，弹簧的长度为8 cm，伸长量为4 cm；根据胡克定律F＝kΔx，有：k＝eq \f(F,Δx)＝eq \f(2,0.04) N/m＝50 N/m；由题图丙得到弹簧的弹力为3 N，依据胡克定律F＝kΔx，有Δx＝eq \f(F,x)＝eq \f(3,50) m＝6 cm。 答案　(1)竖直　(2)4　50　6 5．“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验装置如图甲所示，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，测出相应的弹簧总长度。 (1)某同学通过以上测量后把6组数据描点在图乙中，请作出F­L图线。 (2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m。 解析　(1)题给数据点大致分布在一条直线上，故用直线拟合数据点，使数据点大致均匀分布在该直线上，如图所示。 (2)F＝0时的弹簧长度即原长，由题图可知，L0＝5.0 cm；根据胡克定律可知，F＝k·(L－L0)，即F­L图线的斜率表示弹簧的劲度系数，根据题图可知，k＝eq \f(2.5－0,0.15－0.05)N/m＝25 N/m。 答案　(1)见解析图　(2)5.0　25 $$