2021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實驗2 探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系教案 教科版必修1

1、2021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實驗2 探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系教案 教科版必修12021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實驗2 探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系教案 教科版必修1年級：姓名：- 11 -實驗2探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.探究彈力與彈簧伸長之間的關(guān)系2.學(xué)會利用圖像法、列表法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)3.能根據(jù)fx、fl圖像求出彈簧的勁度系數(shù)一、實驗原理和方法1如圖甲所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等，彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出，其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈簧的原長來求得 甲乙2建立直角坐標(biāo)

2、系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小f，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組(x，f)對應(yīng)的點，用平滑曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖像，就可探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系二、實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙三、實驗步驟1將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0，即原長2如圖所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，測出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1.3改變所掛鉤碼的質(zhì)量，測出對應(yīng)的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5、和相應(yīng)的彈簧長度l2、l3、l4、l5、.4計算出每次彈簧的伸長量x(xll0)和彈簧受到的拉力f(fmg)

3、，并將數(shù)據(jù)填入表格1234567f/n0l/cmx/cm0四、數(shù)據(jù)處理1以彈力f(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)，用描點法作圖連接各點，得出彈力f隨彈簧伸長量x變化的圖線，如圖所示2以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個常數(shù)也可據(jù)fx圖線的斜率求解，k.3得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義五、誤差分析1本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶然誤差，為了減小誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)2彈簧豎直懸掛時，未考慮彈簧自身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差為了減小該系統(tǒng)誤差，實驗中應(yīng)使用輕彈簧六、

4、注意事項1實驗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測量長度時，應(yīng)區(qū)別彈簧原長l0、實際長度l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系為了減小彈簧自身重力帶來的影響，測彈簧原長時應(yīng)讓彈簧在不掛鉤碼時保持自然下垂?fàn)顟B(tài)，而不是平放在水平面上處于自然伸長狀態(tài)3記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位4描點作圖時，應(yīng)使盡量多的點落在畫出的線上，可允許少數(shù)點分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線或直線5盡量選輕質(zhì)彈簧以減小彈簧自身重力帶來的影響.【例1】某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在_方向(填“水

5、平”或“豎直”)(2)彈簧自然懸掛，待彈簧_時，長度記為l0；彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為l1至l6.數(shù)據(jù)如下表代表符號l0lxl1l2l3l4l5l6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為_由表可知所用刻度尺的最小分度為_(3)如圖是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與_的差值(填“l(fā)0”或“l(fā)x”)(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_n/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為_g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 n/kg)

6、解析(1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生，彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向(2)彈簧靜止穩(wěn)定時，記錄原長l0；表中的數(shù)據(jù)l3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)l3不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位，最后一位應(yīng)為估讀值，精確至0.1 mm，所以刻度尺的最小分度為1 mm.(3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時，x為0，所以xllx(l為彈簧長度)(4)由胡克定律fkx知，mgk(llx)，即mgkx，所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k n/m4.9 n/m同理，砝碼盤的質(zhì)量m kg0.01 kg10 g.答案(1)豎直(2)穩(wěn)定l31 mm(3)lx(4)4.910【例2】在“探究彈力與彈簧伸

7、長量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖所示所掛鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右的恒定拉力實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度 (1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后，把6組數(shù)據(jù)描點在如圖所示坐標(biāo)系中，請作出fl圖線 (2)由此圖線可得出該彈簧的原長l0_cm，勁度系數(shù)k_n/m.(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實驗情況，幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點：_.缺點：_.解析(1)fl圖線如圖所示：(2)彈簧的原長l0即彈力為零時彈簧的長度，由

8、圖像可知，l05102 m5 cm.勁度系數(shù)為圖像直線部分的斜率，k20 n/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表次數(shù)123456彈力f/n彈簧的長度l/(102 m)(4)優(yōu)點：可以避免彈簧自身重力對實驗的影響缺點：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差答案見解析描繪實驗圖像的注意事項(1)描點和連線依據(jù)實驗數(shù)據(jù)用削尖的鉛筆在圖上描點，用“”或“”符號標(biāo)明連線時用平滑的曲線，不能用折線(2)因為測量值有一定的誤差，圖線不通過全部的點是正常現(xiàn)象，連線時應(yīng)盡量使圖線通過或接近數(shù)據(jù)點，個別嚴(yán)重偏離的點應(yīng)舍棄，并使其余的點盡量均勻地分布在圖線兩側(cè).(3)fx圖像應(yīng)是過原點的直線，直線的斜率等于彈

9、簧的勁度系數(shù).(4)fl圖像是不過原點的直線，其與橫軸的截距等于彈簧的原長，斜率仍然等于彈簧的勁度系數(shù).1在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實驗中，根據(jù)數(shù)據(jù)作出fx圖像如圖實線所示，可能的原因是 ()a懸掛的鉤碼多，拉力超過了彈簧的彈性限度b用直尺測量彈簧的長度時，讀數(shù)小了c有的數(shù)據(jù)不是彈簧的伸長，而是彈簧的長度d所有數(shù)據(jù)都是用彈簧長度進行處理的a由圖像知f較大時斜率在變小說明勁度系數(shù)在變小，彈簧受的拉力超出了它的彈性限度，故選項a正確；b、c、d錯誤2(1)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實驗中，以下說法正確的是 ()a彈簧被拉伸時，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

10、，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)c用刻度尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量d用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等(2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長l0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度l，把ll0作為彈簧的伸長量x.這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是 ()解析(1)本實驗中應(yīng)以需要研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，以改變對彈簧的拉力，實驗時彈簧要處于豎直位置，故a、b正確；彈簧的伸長量為彈簧拉長后的長度與原長的差，故c錯誤

11、；對于不同的彈簧，其所受拉力與伸長量之比是不同的，故d錯誤(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x0，所以選c.答案(1)ab(2)c3一位同學(xué)在做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗(1)下列的實驗步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，將這些步驟用字母排列出來是_a以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，f)對應(yīng)的點，并用平滑的曲線連接起來b記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度l0c將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺d依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧

12、下端所對應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼e以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式f解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義(2)下表是這位同學(xué)所測的幾組數(shù)據(jù)彈力(f/n)0.51.01.52.02.5彈簧原來長度(l0/cm)1515151515彈簧后來長度(l/cm)16.217.318.519.620.8彈簧伸長量(x/cm)1.22.33.54.65.8根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出fx圖線寫出曲線的函數(shù)表達式_(x用cm作單位)函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義：_.解析(1)在做實驗的時候一般步驟為先組裝器材，然后進行實驗，最后數(shù)據(jù)處理，故順序為cbdaef.(2)根據(jù)描點法，

13、圖像如圖所示、根據(jù)圖像，該直線為過原點的一條直線，即彈力與伸長量成正比，即fkx0.43x.式中的常數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 n.答案(1)cbdaef(2)如圖所示f0.43x表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 n4某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗時，實驗裝置如圖甲所示，所用鉤碼每只質(zhì)量是30 g他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在下表中實驗中彈簧始終未超過彈性限度，取g10 m/s2.試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在如圖乙所

14、示的坐標(biāo)系中作出彈簧所受彈力f與彈簧長度l之間的函數(shù)關(guān)系的圖線 甲乙鉤碼質(zhì)量(g)0306090120150彈簧總長(cm)6.007.008.009.0010.0011.00(1)寫出該圖線的數(shù)學(xué)表達式f_.(2)圖線與橫軸的交點的物理意義是_.(3)該彈簧的勁度系數(shù)k_n/m.(4)圖線延長后與縱軸的交點的物理意義是_.解析描點作圖，得出彈簧彈力與其長度之間的圖像如圖所示(1)由圖像可以得出該圖線的數(shù)學(xué)表達式為f30l1.8.(2)圖線與橫軸的交點表示彈簧所受彈力f0時彈簧的長度為6 cm，即彈簧的原長(3)圖像的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，即k30 n/m.(4)圖線延長后與縱軸的交點表示彈

15、簧長度為5 cm時的彈力，此時彈簧被壓縮了1 cm，即表示彈簧被壓縮1 cm時的彈力為0.3 n.答案圖像見解析圖(1)30l1.8(2)彈簧所受彈力f0時彈簧的長度為6 cm，即彈簧的原長(3)30(4)彈簧被壓縮1 cm時的彈力為0.3 n5某同學(xué)用如圖所示裝置做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗他先測出不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個增加鉤碼，同時測出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(g取9.8 m/s2)鉤碼質(zhì)量m/(102g)01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/(102 m)15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在如圖所示坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的