第三章 實驗 探究彈力與彈簧伸長量的關系ppt課件

1、實驗探求彈力與彈簧伸長量的關系第三章研討物體間的相互作用學習目的1.探求彈力與彈簧伸長量之間的關系.2.學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處置實驗數(shù)據(jù).3.能根據(jù)Fx、FL圖象求出彈簧的勁度系數(shù).內容索引技藝貯藏明確原理 提煉方法題型演練學以致用 實訓演練達標檢測檢測評價 達標過關技藝貯藏一、實驗目的一、實驗目的1.探求彈力與彈簧伸長量之間的關系探求彈力與彈簧伸長量之間的關系.2.學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處置實驗數(shù)據(jù)學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處置實驗數(shù)據(jù).3.能根據(jù)能根據(jù)Fx、FL圖象求出彈簧的勁度系數(shù)圖象求出彈簧的勁度系數(shù).二、實驗器材二、實驗器材彈簧、彈簧、 、鉤碼、鐵架臺、鉤碼、鐵

2、架臺.刻度尺三、實驗原理三、實驗原理1.如圖如圖1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遭到的重力彈力與所掛鉤碼遭到的重力 .如圖乙，彈簧的原長與掛上鉤碼如圖乙，彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用后彈簧的長度可以用 測出，其伸長量測出，其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈可以用彈簧的長度減去彈簧的簧的 來求得來求得.圖1大小相等刻度尺原長2.建立平面直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應的點，用_銜接起來，根據(jù)實驗所得的圖象，就可探求彈力

3、大小與彈簧伸長量之間的關系.平滑曲線四、實驗步驟四、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_ 形狀時的長度形狀時的長度L0，即原長，即原長.2.如圖2所示，在彈簧下端掛質量為m1的鉤碼，測出此時彈簧的長度L1，記錄m1和L1.3.改動所掛鉤碼的質量，測出對應的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5、和相應的彈簧長度L2、L3、L4、L5、.圖2自然伸長4.計算出每次彈簧的伸長量x(x )和彈簧遭到的拉力F(Fmg)，并將數(shù)據(jù)填入表格. 1234567F/N0 L/cm x/cm0 LL0五、數(shù)據(jù)處置五、數(shù)據(jù)處置

4、1.建立直角坐標系，以建立直角坐標系，以F為縱軸、為縱軸、x為橫軸，根據(jù)丈量數(shù)據(jù)用描點法為橫軸，根據(jù)丈量數(shù)據(jù)用描點法作圖作圖.銜接各點得出銜接各點得出F隨彈簧伸長量隨彈簧伸長量x變化的圖線變化的圖線.2.以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù)以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù).首先嘗試一次首先嘗試一次函數(shù)，假設不行那么思索二次函數(shù)函數(shù)，假設不行那么思索二次函數(shù).3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義的物理意義.六、誤差分析六、誤差分析1.本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶爾誤差本實驗誤差

5、的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶爾誤差.為了減小誤差，為了減小誤差，要盡量要盡量 測幾組數(shù)據(jù)測幾組數(shù)據(jù).2.彈簧豎直懸掛時，未思索彈簧本身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差彈簧豎直懸掛時，未思索彈簧本身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差.為了為了減小該系統(tǒng)誤差，實驗中應運用減小該系統(tǒng)誤差，實驗中應運用 彈簧彈簧.多輕質題型演練例例1以下是某同窗所進展的以下是某同窗所進展的“探求彈力與彈簧伸長量的關系的實驗探求彈力與彈簧伸長量的關系的實驗步驟：步驟：(1)將一個彈簧的上端固定在鐵架臺上，豎直懸掛起來，在彈簧下掛一將一個彈簧的上端固定在鐵架臺上，豎直懸掛起來，在彈簧下掛一個鉤碼，記下鉤碼的質量個鉤碼，記下鉤碼的質量m1，

6、此時彈簧平衡，彈力大小為，此時彈簧平衡，彈力大小為F1m1g，并用刻度尺丈量出此時彈簧的長度并用刻度尺丈量出此時彈簧的長度L1，并記錄到表格中，并記錄到表格中.答案見解析答案見解析解析還應該測出彈簧的原長解析還應該測出彈簧的原長L0，此時應在不掛鉤碼的情況下，讓彈，此時應在不掛鉤碼的情況下，讓彈簧堅持自然下垂形狀，用刻度尺測出從懸點到彈簧下端的長度即為簧堅持自然下垂形狀，用刻度尺測出從懸點到彈簧下端的長度即為L0；一、實驗原理及操作答案解析(2)再添加鉤碼，反復上述的操作，得到多組數(shù)據(jù).(3)以力F為縱坐標，以彈簧長度Lx為橫坐標，根據(jù)所測的數(shù)據(jù)在坐標紙上描點.答案見解析解析建立坐標系時應該以

7、彈簧的伸長量為橫坐標，由于探求的是彈力與彈簧伸長量的關系；(4)按坐標紙上所描各點的分布與走向，作出一條平滑的曲線(包括直線).(5)根據(jù)圖線的特點，分析彈簧的彈力F與彈簧長度Lx的關系，并得出實驗結論.以上步驟中至少有三個不當之處，請將不合理的地方找出來并進展修正.答案見解析解析應分析彈力與彈簧伸長量的關系.答案解析總結提升總結提升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制.2.丈量長度時，應區(qū)別彈簧原長L0、實踐長度L及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關系.為了減小彈簧本身重力帶來的影響，測彈簧原長時應讓彈簧在不掛鉤碼時堅持自然下垂形狀，而不是平放在程度面上處于自然伸

8、長形狀.3.記錄數(shù)據(jù)時要留意彈力及伸長量的對應關系及單位.4.描點作圖時，應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，描出的線不應是折線，而應是平滑的曲線或直線.5.盡量選輕質彈簧以減小彈簧本身重力帶來的影響.二、實驗數(shù)據(jù)的處置例例2某同窗探求彈力與彈簧伸長量的關系某同窗探求彈力與彈簧伸長量的關系.(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側.彈簧軸線和刻度彈簧軸線和刻度尺都應在尺都應在_方向方向(填填“程度或程度或“豎直豎直).解析為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生，彈簧軸線和刻解析為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)

9、生，彈簧軸線和刻度尺均應在豎直方向度尺均應在豎直方向.答案解析豎直(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；在砝碼盤中每次添加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) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30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_.解析彈簧靜止穩(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，規(guī)范數(shù)據(jù)應讀至cm位的后兩位，最后一位應為估讀值，所以刻度尺的最小分

10、度為1 mm.答案解析穩(wěn)定L31 mm(3)圖3是該同窗根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質量，橫軸是彈簧長度與_的差值(填“L0或“Lx).答案解析圖3解析由題圖知所掛砝碼質量為解析由題圖知所掛砝碼質量為0時，時，x為為0，所以，所以xLLx(L為彈簧長為彈簧長度度).Lx(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_N/m；經(jīng)過圖和表可知砝碼盤的質量為_g.(結果保管兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 N/kg)4.910解析由胡克定律解析由胡克定律Fkx知，知，mgk(LLx)，即，即mgkx，所以圖線斜率即為彈簧，所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù)的勁度系數(shù)0.01 kg10 g.答案解析總結提升總結提升

11、1.F-x圖象應是過原點的直線，直線的斜率等于彈簧的勁度系數(shù).2.F-L圖象是不過原點的直線，其與橫軸的截距等于彈簧的原長，斜率依然等于彈簧的勁度系數(shù).三、誤差分析例例3某同窗做某同窗做“探求彈力與彈簧伸長量的關系的實驗，他先探求彈力與彈簧伸長量的關系的實驗，他先把彈簧放在程度桌面上使其自然伸展，用直尺測出其長度把彈簧放在程度桌面上使其自然伸展，用直尺測出其長度L0，再把彈簧豎直懸掛起來，刻度尺的零刻度線跟彈簧上端對齊，在再把彈簧豎直懸掛起來，刻度尺的零刻度線跟彈簧上端對齊，在彈簧的下部彈簧的下部A處固定一個指針處固定一個指針.如圖如圖4所示所示.掛上鉤碼，平衡后測出掛上鉤碼，平衡后測出其長度

12、其長度L，令，令xLL0.改動鉤碼個數(shù)，進展多次丈量改動鉤碼個數(shù)，進展多次丈量.(1)用用F表示彈簧下端遭到的鉤碼的拉力，那么如下圖的表示彈簧下端遭到的鉤碼的拉力，那么如下圖的Fx圖線，圖線，他以為符合實踐情況的是他以為符合實踐情況的是圖4解析答案解析由于彈簧是被放在程度桌面上測得的原長，然后把彈簧豎直懸解析由于彈簧是被放在程度桌面上測得的原長，然后把彈簧豎直懸掛起來后，由于本身重力的作用，彈簧的長度會增大，所以圖線應在掛起來后，由于本身重力的作用，彈簧的長度會增大，所以圖線應在x軸正方向上有截距，軸正方向上有截距，C正確，正確，A、B、D錯誤錯誤.(2)假設將指針固定在A點的下方P處，在正確

13、測出彈簧原長的情況下，再作出x隨F變化的圖象，此時彈簧勁度系數(shù)的丈量值_實踐值(填“大于“小于或“等于).答案解析等于解析假設將指針固定在解析假設將指針固定在A點的下方點的下方P處，在正確測出處，在正確測出彈簧原長的情況下，再作出彈簧原長的情況下，再作出x隨隨F變化的圖象，那么在圖變化的圖象，那么在圖象上象上x的變化量不變，得出彈簧的勁度系數(shù)與實踐值相的變化量不變，得出彈簧的勁度系數(shù)與實踐值相等等.四、創(chuàng)新實驗例例4在在“探求彈力與彈簧伸長量的關系，并測定彈簧的勁度系數(shù)的實探求彈力與彈簧伸長量的關系，并測定彈簧的勁度系數(shù)的實驗中，實驗安裝如圖驗中，實驗安裝如圖5所示所示.所用的每個鉤碼的重力相

14、當于對彈簧提供了所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力向右恒定的拉力.實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應的彈簧總長度碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應的彈簧總長度.圖5解析答案(1)有一個同窗經(jīng)過以上實驗丈量后把6組數(shù)據(jù)描點在圖6坐標系中，請作出FL圖線.圖6答案見解析答案見解析解析解析FL圖線如下圖：圖線如下圖：(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0_ cm，勁度系數(shù)k_ N/m.解析彈簧的原長解析彈簧的原長L0即彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，即彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，L0

15、5102 m5 cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k20 N/m.解析答案答案見解析答案見解析(3)試根據(jù)該同窗以上的實驗情況，協(xié)助他設計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不用填寫其實驗測得的詳細數(shù)據(jù)).解析記錄實驗數(shù)據(jù)的表格如下表解析記錄實驗數(shù)據(jù)的表格如下表解析答案答案見解析答案見解析次數(shù)123456彈力F/N 彈簧的長度L/(102 m) (4)該同窗實驗時，把彈簧程度放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：_，缺陷在于：_.解析優(yōu)點是：可以防止彈簧本身重力對實驗的影響解析優(yōu)點是：可以防止彈簧本身重力對實驗的影響.缺陷是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦會呵斥實驗誤差缺

16、陷是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦會呵斥實驗誤差.解析答案答案見解析答案見解析達標檢測1.(實驗器材及原理)(多項選擇)在“探求彈力與彈簧伸長量的關系實驗中，以下說法正確的選項是A.彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限制B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應保證彈簧位于豎直位置且處 于平衡形狀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 量之比相等答案1232.(實驗過程及數(shù)據(jù)處置)一位同窗在做“探求彈力與彈簧伸長量的關系的實驗.(1)以下的實驗步驟是這位同窗預備完成的，請他幫這位同窗按操作的先后順序，將這些步驟用字母陳列出來是_.

17、A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應的點， 并用平滑的曲線銜接起來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123D.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，彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內，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系式F.解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義123答案答案CBDAEF解析在做實驗的時候普通步驟為先組裝器材，然后進展實驗，最后解析在做實驗的時候普通步驟為先組裝器材，然后進展實驗，最后處置數(shù)據(jù)，故順

18、序為處置數(shù)據(jù)，故順序為CBDAEF.答案解析123(2)下表是這位同窗所測的幾組數(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)16.2 17.3 18.5 19.6 20.8彈簧伸長量(x/cm)1.22.33.54.65.8根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在圖7的坐標系中作出Fx圖線.圖7答案解析123答案如下圖答案如下圖123解析根據(jù)描點法，圖象如下圖解析根據(jù)描點法，圖象如下圖答案123解析寫出曲線的函數(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：_.解析根據(jù)圖象，該直線為過原點的一條直線，即彈力與伸長量解析根據(jù)圖象，該直線為過原點的一條直線，即彈力與伸長量成正比，即成正比，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緊縮彈簧伸長或者緊縮1 cm所需的外力大小為所需的外力大小為0.43 N.F0.43x表示彈簧的勁度系