3.1 第2课时 实验：探完弹簧弹力与形变量的关系(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第一册同步学习指导(人教版2019)

素养能力提升 拓展整合!启智培优 ‰Š‹ŠŒŽ;d !!当物体受到两个力的作用且处于平衡状态时!二力等大反向!因此我们可以用二力平衡的条件 求绳或杆上的弹力" 例.!'多选(如图所示是街头常见的太阳能路灯!已知灯头的质量为# DM!则关于 弯曲的路灯杆对灯头的弹力1的大小和方 ###################### 向!下列说法正确的是#取> 9"* 2E1 # $ #!!$ !!!!!!! & ! ! ! ! ö÷*Iøùúøû*ü~ý>þù`[/ U;øûFÿ!ú"/ ¢ £#ýy$‚- &!方向平行于路灯杆倾斜部分向上 '!方向竖直向上 (!大小为#* N )!由于不知道路灯杆弯曲部分形变量的大小!故无法确定弹力1的大小和方向 请同学们认真完成练案!"." 第#课时!实验!探究弹簧弹力与形变量的关系 ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念进一步练习使用弹簧测力计$ 科学思维会用二力平衡法求弹力$ 科学探究学会利用列表法&图像法&函数法处理实验数据$ !""图像法处理实验数据# 由图像求出弹簧的劲 度系数$ !#"实验误差的分析$ 实验要点梳理 系统学习!落实新知 !!!!!!!!!!! ! !!!!! . ^_b. "!如图所示!在弹簧下端依次悬挂不同数目的钩码! 改变弹力的大小!弹簧长度发生改变!测出弹力与长度改 变的对应数据!即可探究弹力与形变量的关系" #!弹力1的确定!在弹簧下端悬挂钩码!静止的钩码 对弹簧的拉力与弹簧弹力大小!!!!!即弹力大小与所 挂钩码的重力大小!!!!!即19=>" $!伸长量&的确定!测量弹簧的原长D * 与挂上钩码后 弹簧的长度D!则弹簧的伸长量&9!!!!" %!探究1:&关系!建立关于1)&的直角坐标系!由测量数据作出1与& 的关系图像!根据图像分析弹簧弹力和形变量的关系" #*! "图解#弹力与弹簧伸 长量的关系 "拓展# :MÁânˆ‰ˆ> Ë@:o)bÈ1• –)ïMCD !!"•–S:•< =2 ˆ1R(”‡> {-2 ˆáˆ‰ˆ^ G5¯Î 5 7 / :M· h‰ÁÚcÓ:•a ˆáˆ^G5Ã:ê )‰Á&32 (”ˆ ‰Š n Ã2 ˆ > Û -2 ˆ‰ÎXYAG 4O !" 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" "图解# !! 2 jklm "!所挂钩码不要过重!以免弹簧被过分拉伸!超出它的弹性限度" #!每次所挂钩码的质量差尽量大一些!从而使坐标上描的点尽可能稀一 些!这样作出的图线更精确" $!测弹簧长度时!一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量!刻度 尺要保持竖直并靠近弹簧!以免增大误差" %!描点画线时!所描的点不一定都落在一条曲线上!但应注意一定要使 各点均匀分布在曲线的两侧" 0!记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位" !! 3 BCDi 误差 产生原因 减小方法 偶然误差读数)作图误差 #"$多次测量+ ##$所挂钩码的质量差适当大些 系统误差弹簧自身重力的影响 选轻弹簧或悬挂后测量不挂钩码时弹簧长度 " "拓展# #*$ 经典题型剖析 教材实验!及时巩固 2345 实验原理-实验仪器和实验操作 例"!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" #"$为完成实验!除了图中提供的实验器材!还需要的实验器材有* !!!!)!!!!" ##$实验中需要测量的物理量有* ! !" #$$为完成该实验!设计的实验步骤如下* &!以弹簧伸长量为横坐标!以弹力为纵坐标!描出各组#&!1$对应的点!并用平滑的曲线 连接起来+ '!记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度D * !测量出一个钩码的重力+ (!将铁架台固定于桌子上!并将弹簧的一端系于横梁上!在弹簧附近竖直固定一把刻 度尺+ )!依次在弹簧下端挂上"个)#个)$个)%个)--钩码!并分别记下钩码静止时弹簧下端 所对应的刻度!并记录在表格内!然后取下钩码+ B!以弹簧伸长量为自变量!写出弹力与弹簧伸长量的关系式" 首先尝试写成一次函数!如 果不行!则考虑二次函数+ G!解释函数表达式中常数的物理意义+ H!整理仪器" 以上步骤按先后顺序排列*!!!!" #%$若实验开始时将图中的指针从B位置往下移到C位置!其余实验步骤不变且操作正确!则 测量得到弹簧的劲度系数将!!!!#选填&变大'&不变'或&变小'$" 2365 数据处理和误差分析 例#!在探究弹簧弹力大小与伸长量关系的实验中!第一组同学设计了如图"所示的实验装置" 在 弹簧两端各系一轻细的绳套!利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上!另一端的绳套用来悬挂钩 码" 先测出不挂钩码时弹簧的长度!再将钩码逐个挂在弹簧的下端!每次都测出钩码静止时相 应的弹簧总长度<!再算出弹簧伸长的长度&!并将数据填在表格中" 测量次序 " # $ % 0 . 弹簧弹力12N * *!0 "!* "!0 #!* #!0 弹簧的总长度<2=2 "$!** "0!*0 "/!"* "+!** #"!** #$!** 弹簧伸长的长度&2=2 * #!*0 %!"* .!** -!** "*!** #*% #"$在图#所示的坐标纸上已经描出了其中0次测量的弹簧弹力大小1与弹簧伸长的长度& 对应的数据点!请把第%次测量的数据对应点描绘出来!并作出1:&图线" ##$根据#"$所得的1:&图线可知!下列说法正确的是!!!!#选填选项前的字母$" &!弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比 '!弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比 (!该弹簧的劲度系数为#0 NE2 )!该弹簧的劲度系数为*!#0 NE2 #$$第二小组同学将同一弹簧水平放置测出其自然长度!然后竖直悬挂完成实验" 他们得到 的1:&图线用虚线表示#实线为第一组同学实验所得$" 下列图线最符合实际的 是!!!!" 创新实验提升 方法迁移!细研深究 例$!有一内壁光滑的细圆筒竖直倒置!筒内底部固定一轻质弹簧!弹簧下端套 有一细绳套!弹簧的原长小于筒的深度" 小聪同学想测量弹簧的劲度系 数和弹簧的原长" 他进行了如下操作* $ 将圆筒倒置挂于天花板上!测出圆筒的长度为#*!** =2+ % 用弹簧测力计钩住细绳套!将弹簧向下拉" 当弹簧露出筒外的长度 D " 9$!** =2时!其弹簧秤示数如图+ & 改变拉力!当弹簧露出筒外的长度D # 9/!** =2时!弹簧秤的读数为 %*!* N" 设整个实验过程中弹簧都在弹性限度内!不计一切摩擦" #"$第 % 步中弹簧秤读数为!!!!N+ ##$弹簧的劲度系数/9!!!!NE2+ #$$弹簧的原长为!!!!=2" 请同学们认真完成练案!"/" $" xyv ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念 !""分析摩擦现象#理解摩擦力产生的条件$ !#"知道动摩擦因数$ !$"通过实例#了解最大静摩擦力$ 科学思维 !""根据相对运动的方向判断滑动摩擦力的方向#并根 据1 S 9 % 1 N 计算其大小$ !#"判断静摩擦力的方向#分析静摩擦力的大小$ !""滑动摩擦力方向和大 小的确定$ !#"静摩擦力方向和大小 的确定$ #*& 故C错误：设弹簧压缩量为x,根据平衡条件mg=x,解得x=经典题型剖析 1.8×10m=3cm,故B正确，D错误。 例1：(1)刻度尺弹簧测力计 600 (2)所挂钩码的重力、弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所 10.AC题图甲装置中下面小球受到重力mg和弹簧弹力F,的 对应的弹簧长度 作用，根据平衡条件可知F=mg,题图乙和丙两个装登中弹 (3)CBDAEFG(4)不变 簧的弹力大小等于细线的拉力，根据二力平衡可知，细线的 解析：(1)实验需要测量弹簧的长度、形变量，因为钩码的质 拉力大小等于小球重力，则有F=F,=mg,因此F=F2=F 量未知，所以要测量钩码的重力，故还需要的实登器材有：刻 =mg,B错误，A正确：根据胡克定律F=缸可以算出k= 度尺，弹簧测力计 10N=2N/cm,D错误，C正确。 (2)为了测量弹簧弹力，实验中应测量所挂钩码的重力。为 5 cm 了测量弹簧的形变量，实验中还应测量弹簧原长，弹簧挂不同 11,B设弹簧拉仲或压缩两种情况下的弹力大小分别为F和 个数的钩码时所对应的弹黄长度。 F2,形变量为x=0.02m,故有F,=F2=x=2N,又因G、= (3)实验中要先组装器材，即C、B,然后进行实登，即D,最后 3N,G。=5N,根据A,B均处于平衡状态进行受力分析，由 数据处理，分析解释表达式，最后整理仅器，印A、E、F,G。所 力的作用是相互的，可知F,=F,',F=F:'。 以实脸操作按先后顺序排列为CBDAEFG。 F (4)指针从P位置往下移到Q位置，只是在测量弹簧的原长 时，原长偏大，挂上钩码后的弹簧长度测量值也偏大同样的 值，而弹簧的伸长量没有改变，所以测量得到弹簧的劲度系数 不变。 例2：(1)见解析(2)BC(3)C 解析：(1)根据题中表内实验数据在坐标纸上描出对应点，然 0 ( (FR 后作出图像如图所示。 帅许拉仲的情况 帅洗压缩的情况 FN 第一种情况，即弹簧拉伸时，对A由受力平衡得F,=F,+G, 3.0日 =5N,对B由受力平衡得F、=Gm-F,'=3N:第二种情况， 2 即弹簧压缩时，对A由受力平衡得F,'=G、-F=1N,对B 2. 由受力平衡得F、‘=G+F,'=7N。综上可知，B正确。 1.5 12.0.16m 解析：刚开始q弹簧处于压缩状态，设其压缩量为，，则根据 0 期克定体有写学：m=004m o 2.04.06.08.010.012.0.m 最终©木块刚好离开水平地面，q弹簧处于拉伸状态，设其伸 (2)由(1)中F-x图像可知，弹黄的弹力F与伸长量x的图 像是一条过原点的倾斜直线，F与x成正比，故A结误，B正 长量方测6学0 500 m=0.04m 确：由糊完定律F=红可知，读弹黄的动度系数k=号，由 最终缓慢向左拉p弹簧的水平力大小为F=(m+m,)g=4 ×10N=40N F-1图像可知，弹黄的劲度系数k=F。 3.0 12.0x10m= 则p弹簧的伸长量为为=丽m=008m 40 25N/m.故C正确.D错误。 (3)弹簧竖直悬挂时，弹簧在自身重力作用下要伸长，即竖直 所以所求距离为x=,+名1+x=(0.04+0.04+0.08)m= 悬挂时弹簧的原长比水平放置在桌面上所测原长要长，两种 0.16m。 情况下弹黄的劲度系数相同，两图线平行，C正确，A,B、D 第2课时实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 错误。 实验要点梳理 创新实验提升 例3：(1)20.0(2)500(3)19.00 实验原理 解析：(1)图中弹簧秤的每一小格为1N,所以弹簧秤读数为 2.相等相等3.1- 20.0N 实验器材 刻度尺 (2)券黄的陆度系数为=出-是品x10Vm=50Vm 实验步骤 (3)设弹黄下墙到简口的范离为x,则当弹黄露出简外的长 2.重力3.1-0 度x1=3.00Cm时，根据胡克定律，有F,=(x+x1】 数据处理 样得=1.00cm 20 剩举簧的原长为n=20.00cm-1.00cm=19.00cm -280