201X_202x學(xué)年高中物理第三章實(shí)驗(yàn)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系新人教版必修1

1、實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系,1,2,新知預(yù)習(xí),自主檢測(cè),一、實(shí)驗(yàn)原理 1.如圖所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等。彈簧的原長(zhǎng)與掛上鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度可以用刻度尺測(cè)出,其伸長(zhǎng)量x可以用彈簧的長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)來(lái)求得。 2.建立直角坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x,在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線連接起來(lái),根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線,就可探知彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系,3,新知預(yù)習(xí),自主檢測(cè),二、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)、毫米刻度尺(米尺)、輕彈簧、鉤碼(一盒)、三角板、鉛筆、坐標(biāo)紙等。 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1

2、.將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0,即原長(zhǎng),2.如圖所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,測(cè)出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1,記錄m1和l1,4,新知預(yù)習(xí),自主檢測(cè),3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,重復(fù)步驟2,記錄m2、m3、m4、m5、和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5、。 4.計(jì)算出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x(x=l-l0)和彈簧受到的拉力F(F=mg),并將數(shù)據(jù)填入表格,5,新知預(yù)習(xí),自主檢測(cè),1.正誤辨析 (1)實(shí)驗(yàn)要研究的是彈簧的彈力與彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系。() 解析本實(shí)驗(yàn)研究的是彈簧的彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 答案 (2)每次實(shí)驗(yàn)時(shí),所掛重物的重力與彈簧的彈力大小相

3、等。() 解析實(shí)驗(yàn)時(shí),所掛鉤碼的重力與彈簧的彈力大小相等。 答案 (3)彈簧的伸長(zhǎng)量等于彈簧的長(zhǎng)度與彈簧原長(zhǎng)之差。() 解析彈簧的伸長(zhǎng)量等于彈簧的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng)。 答案,6,新知預(yù)習(xí),自主檢測(cè),2.(多選)在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,關(guān)于測(cè)量彈簧原長(zhǎng)的操作步驟先后順序,下列說(shuō)法正確的是() A.先測(cè)量彈簧的原長(zhǎng),后豎直懸掛 B.先豎直懸掛,后測(cè)量彈簧的原長(zhǎng) C.先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響 D.先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度取決于彈簧的自身重力 解析由于彈簧自身重力的影響,彈簧平放時(shí)的長(zhǎng)度與豎直懸掛時(shí)的長(zhǎng)度不同,豎直懸掛時(shí)長(zhǎng)度更長(zhǎng)一些。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧始終處于豎直狀態(tài),故彈簧長(zhǎng)度一直受

4、自身重力的影響,所以測(cè)量原長(zhǎng)時(shí),應(yīng)測(cè)量彈簧豎直懸掛時(shí)的長(zhǎng)度,B、D項(xiàng)正確。 答案BD,7,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),數(shù)據(jù)處理 情景導(dǎo)引 在“探究彈簧的彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,所得數(shù)據(jù)如下表: 怎樣處理上面數(shù)據(jù)可以直觀簡(jiǎn)潔地分析出彈簧的彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系? 要點(diǎn)提示以彈簧的彈力為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),將對(duì)應(yīng)的彈簧彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量在坐標(biāo)系中描點(diǎn),連接各點(diǎn),得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線,8,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),知識(shí)歸納 1.畫(huà)F-x圖象:建立直角坐標(biāo)系,以F為縱軸,x為橫軸,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn)得出F隨x變化的圖線。 2.寫(xiě)F-x的函數(shù)式:以彈簧的伸

5、長(zhǎng)量為自變量,寫(xiě)出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的函數(shù)關(guān)系。首先嘗試一次函數(shù),如果不行則考慮二次函數(shù)。 3.解釋式中常數(shù)的物理意義:得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系式,解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義,9,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),典例剖析 例1某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?然后在彈簧下端掛上鉤碼,并逐個(gè)增加鉤碼,分別測(cè)出指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?所得數(shù)據(jù)列表如下(g取10 m/s2,10,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙(圖乙)上畫(huà)出彈簧指針?biāo)缚潭瘸叩目潭萳與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系圖線。 (2)根據(jù)l-m圖線可

6、計(jì)算出,該彈簧的勁度系數(shù)為 N/m。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字,11,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析(1)描點(diǎn)作圖,如圖所示,答案(1)見(jiàn)解析圖(2)58.3(56.558.5,12,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),規(guī)律方法作圖法 作圖方法:(1)選擇坐標(biāo)軸的合適標(biāo)度;(2)描點(diǎn),用平滑的曲線(或直線)將坐標(biāo)紙上的各點(diǎn)連結(jié)起來(lái),若是直線,應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè),偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄;(3)通過(guò)改變變量的方法,如把變量x改為 ,x2,把曲線變?yōu)橹本€,使圖象更直觀,13,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),誤差分析和注意事項(xiàng) 情景導(dǎo)引 為了探究彈簧彈力F和彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系,某同學(xué)選了A、B兩根規(guī)格不同

7、的彈簧進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示的圖象,從圖象上看,該同學(xué)沒(méi)能完全按實(shí)驗(yàn)要求做,使圖象上端成為曲線,圖象上端成為曲線的原因是什么? 要點(diǎn)提示在彈簧的彈性限度以內(nèi),彈力與形變量是成正比的,圖象上端出現(xiàn)彎曲是因?yàn)槔^(guò)大,超過(guò)了彈簧的彈性限度,14,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),知識(shí)歸納 1.誤差分析 (1)讀數(shù)和作圖時(shí)會(huì)帶來(lái)偶然誤差。為了減小偶然誤差,要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)和規(guī)范作圖。 (2)彈簧豎直懸掛時(shí),未考慮彈簧自身重力的影響會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)誤差。為了減小該系統(tǒng)誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用輕質(zhì)彈簧。 2.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多,以免超出彈簧的彈性限度。 (2)測(cè)量長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)區(qū)別彈

8、簧原長(zhǎng)l0、實(shí)際長(zhǎng)度l及伸長(zhǎng)量x三者之間的不同,明確三者之間的關(guān)系。 (3)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。 (4)描點(diǎn)作圖時(shí),應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在畫(huà)出的線上,可允許少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè),描出的線不應(yīng)是折線,而應(yīng)是平滑的曲線或直線,15,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),典例剖析 例2(多選)在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,以下說(shuō)法正確的是() A.彈簧被拉伸時(shí),不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力時(shí),應(yīng)豎直懸掛彈簧,掛在彈簧下端的鉤碼應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài) C.用刻度尺測(cè)得的彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量 D.用幾個(gè)不同的彈簧,分別測(cè)出它們所受的拉力與伸長(zhǎng)量,可得出拉力與

9、伸長(zhǎng)量之比相等,16,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧被拉伸的長(zhǎng)度不能超出它的彈性限度,A正確;要使彈簧的彈力等于鉤碼重力的大小,應(yīng)豎直懸掛彈簧,且要使彈簧下端的鉤碼處于靜止?fàn)顟B(tài),B正確;彈簧的伸長(zhǎng)量等于彈簧的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng),C錯(cuò)誤;不同的彈簧的勁度系數(shù)不同,所以拉力與伸長(zhǎng)量之比不相等,D錯(cuò)誤。 答案AB,17,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),變式訓(xùn)練下列關(guān)于“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是() A.實(shí)驗(yàn)中k的具體數(shù)值必須計(jì)算出來(lái) B.如果沒(méi)有測(cè)出彈簧原長(zhǎng),用彈簧長(zhǎng)度L代替x,F-L圖線也是過(guò)原點(diǎn)的一條直線 C.利用F-x圖線可求出k值 D.實(shí)驗(yàn)時(shí)要把所有點(diǎn)連到線上,才

10、能探究得到真實(shí)規(guī)律 解析“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中利用F-x圖線可求出k值,但不一定要求解出k值,實(shí)驗(yàn)中用彈簧長(zhǎng)度L代替x,F-L圖線不是過(guò)原點(diǎn)的一條直線,作圖時(shí)絕大多數(shù)點(diǎn)通過(guò)直線,偏離較大的點(diǎn)應(yīng)舍去。C項(xiàng)對(duì)。 答案C,18,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),1.一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力F與彈簧長(zhǎng)度L的圖象如圖所示,下列表述正確的是() A.a的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng) B.a的勁度系數(shù)比b的大 C.a的勁度系數(shù)比b的小 D.測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比,解析在圖象中橫截距表示彈簧的原長(zhǎng),故b的原長(zhǎng)比a的長(zhǎng),A錯(cuò)誤;斜率表示彈簧的勁度系

11、數(shù)k,故a的勁度系數(shù)比b的大,B正確,C錯(cuò)誤;彈簧的彈力滿足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故D錯(cuò)誤。 答案B,19,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),2.某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸展,用刻度尺測(cè)出其長(zhǎng)度L0,再把彈簧豎直懸掛起來(lái),掛上鉤碼,平衡后測(cè)出其長(zhǎng)度L,令x=L-L0。改變鉤碼數(shù),進(jìn)行多次測(cè)量,用F表示彈簧下端受到的鉤碼的拉力,則下列F-x圖線,你認(rèn)為符合實(shí)際情況的是(,解析因?yàn)閺椈墒潜环旁谒阶烂嫔蠝y(cè)得的原長(zhǎng),把彈簧豎直懸掛起來(lái)后,由于重力的作用,彈簧的長(zhǎng)度會(huì)增大,所以圖線應(yīng)出現(xiàn)x軸上有截距,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 答案C,20,探

12、究一,探究二,隨堂檢測(cè),3.如圖甲所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 (1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)驗(yàn)器材有。 (2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有,3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系圖象,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為 N/m,圖線不過(guò)原點(diǎn)是由于,21,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),4)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來(lái); B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端所對(duì)應(yīng)的刻度l0; C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一把刻度尺

13、; D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼,分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度,并記錄在表格內(nèi),然后取下鉤碼; E.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量,寫(xiě)出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系式,首先嘗試寫(xiě)成一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù); F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。 請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái),22,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知,還需要刻度尺、鉛垂線、坐標(biāo)紙。 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或?qū)?yīng)的長(zhǎng)度)。 (3)取圖象中(0.5 cm,0)和(3.5 cm,6 N)兩個(gè)點(diǎn),代入F=kx,解得k=200 N/

14、m。由于彈簧自身重力的影響,使得彈簧不加外力時(shí)就有形變量。 (4)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知,先后順序?yàn)镃BDAEF。 答案(1)刻度尺、鉛垂線、坐標(biāo)紙 (2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力及對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或?qū)?yīng)的長(zhǎng)度) (3)200彈簧自身重力的影響(4)CBDAEF,23,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),4.“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端,測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度。 (1)某同學(xué)通過(guò)以上測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)圖乙中,請(qǐng)作出F-L圖線; (2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)L0=cm,勁度系數(shù)k=N/m,24,探究一,探究

15、二,隨堂檢測(cè),解析(1)題給數(shù)據(jù)點(diǎn)大致分布在一條直線上,故用直線擬合數(shù)據(jù)點(diǎn),使數(shù)據(jù)點(diǎn)大致均勻分布在該直線上,如圖所示。 (2)F=0時(shí)的彈簧長(zhǎng)度即原長(zhǎng),由題圖可知,L0=5.0 cm;根據(jù)胡克定律可知,F=k(L-L0),即F-L圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù),根據(jù)題圖可知,k= N/m=25 N/m,答案(1)見(jiàn)解析圖(2)5.025,25,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),5.某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 (1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上,將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在(選填“水平”或“豎直”)方向。 (2)彈簧自然懸掛,待彈簧時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0;彈簧下端掛上砝碼盤(pán)時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x;在砝