【高中物理】重力與彈力之探究彈簧彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系課件-2023-2024學(xué)年高一上物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

3.1.3探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系胡克定律英國(guó)科學(xué)家胡克經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力F的大小跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度x成正比。F＝kx實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系。(2)學(xué)會(huì)用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3)測(cè)量彈簧彈簧的勁度系數(shù)。F＝kx實(shí)驗(yàn)原理1．測(cè)量彈力：2．測(cè)量伸長(zhǎng)量：3．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：彈簧靜止時(shí)彈簧的彈力與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等。彈簧拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng)。作出彈簧彈力為縱軸、伸長(zhǎng)量（彈簧長(zhǎng)度）為橫軸的圖像，根據(jù)圖像分析彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。斜率等于彈簧的勁度系數(shù)能不能用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量？實(shí)驗(yàn)器材輕彈簧、鉤碼(一盒)、刻度尺、鐵架臺(tái)、三角板、鉛垂線、坐標(biāo)紙。實(shí)驗(yàn)步驟1．按如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0。2．在彈簧下懸掛一個(gè)鉤碼，平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度和鉤碼的重力。3．增加鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將數(shù)據(jù)填入表格，用F表示彈力，l表示彈簧的總長(zhǎng)度，x＝l－l0表示彈簧的伸長(zhǎng)量。實(shí)驗(yàn)步驟4．記錄數(shù)據(jù)次數(shù)123456F/N00.200.400.600.801.00l/cm5.607.008.409.8011.2012.60x/cm01.402.804.205.607.00數(shù)據(jù)處理次數(shù)123456F/N00.200.400.600.801.00l/cm5.607.008.409.8011.2012.60x/cm01.402.804.205.607.00F/X(1)列表法分析彈力與伸長(zhǎng)量的比值(2)圖像法(3)函數(shù)法找出彈力與伸長(zhǎng)量的函數(shù)關(guān)系誤差分析項(xiàng)目產(chǎn)生原因減小方法系統(tǒng)誤差彈簧自身重力選輕質(zhì)彈簧鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量比較后選用偶然誤差彈簧拉力大小不穩(wěn)定穩(wěn)定后再讀數(shù)彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確固定刻度尺,多次測(cè)量描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確坐標(biāo)軸的標(biāo)度盡量大些,盡量多的點(diǎn)落在線上或均勻分布于線的兩側(cè)(1)本實(shí)驗(yàn)中對(duì)所掛鉤碼重力有什么要求?(2)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)圖像如圖,圖像上端為什么會(huì)變成曲線?鉤碼不能過(guò)重,應(yīng)該在彈簧的彈性限度之內(nèi)。懸掛鉤碼數(shù)量過(guò)多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲。注意事項(xiàng)1.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大讀數(shù)誤差。2.記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。3.描點(diǎn)畫(huà)線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。即學(xué)即練例1、如圖所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)未知質(zhì)量但質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與形變量的關(guān)系。(1)為完成實(shí)驗(yàn),除了圖中提供的實(shí)驗(yàn)器材,你還需要的實(shí)驗(yàn)器材有:

、

。

(2)實(shí)驗(yàn)中你需要測(cè)量的物理量有

、

。

(3)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)其下端在刻度尺上的刻度l0,測(cè)量出一個(gè)鉤碼的重力;C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附豎直固定一把刻度尺;D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)……鉤碼,并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)出彈力與彈簧伸長(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;G.整理儀器。請(qǐng)你將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái):

。

(4)若實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)你將圖中的指針從P位置往下挪到Q,其余實(shí)驗(yàn)步驟不變且操作正確,則測(cè)量得到彈簧的勁度系數(shù)將

(選填“變大”“不變”或“變小”)。

彈簧自重對(duì)勁度系數(shù)的測(cè)量有無(wú)影響？即學(xué)即練例2、某同學(xué)探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。(1)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

(“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時(shí),彈簧長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x;在砝碼盤中每次增加10g砝碼,彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6。數(shù)據(jù)如表所示。

代表符號(hào)L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30

表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范,代表符號(hào)為

。由表可知所用刻度尺的最小刻度為

。

(3)圖甲是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖像,縱軸是砝碼的質(zhì)量,橫軸是彈簧長(zhǎng)度與

(選填“L0”或“Lx”)的差值。

(4)由圖甲可知彈簧的勁度系數(shù)為

N/m;通過(guò)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