專題實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系 胡克定律課件 2024-2025學(xué)年高一上物理人教版（2019）必修一

實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系胡克定律學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.會(huì)利用二力平衡法求彈力。2.探究彈簧彈力與彈簧形變量的關(guān)系。3.學(xué)會(huì)利用圖像研究?jī)蓚€(gè)物理量之間關(guān)系的方法。4.理解胡克定律，并能解決有關(guān)問(wèn)題。問(wèn)題1:胡克定律表達(dá)式？F=kx問(wèn)題2:驗(yàn)證胡克定律需要測(cè)量哪些物理量？彈簧形變量與彈力成正比彈力F如何測(cè)？形變量x如何測(cè)？二力平衡刻度尺實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椈蓮椓εc形變量的關(guān)系。二.實(shí)驗(yàn)原理二力平衡:鉤碼平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力F與所掛鉤碼的重力大小mg相等。F=mg彈簧的形變量:可用刻度尺直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可以由伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算.x=L-L0L0L鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙等。三、實(shí)驗(yàn)器材四.實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,記下彈簧自由下垂時(shí)下端所對(duì)應(yīng)的刻度l0（原長(zhǎng)）2.將已知質(zhì)量的鉤碼掛在彈簧的下端，在平衡時(shí)測(cè)量彈簧的總長(zhǎng)l，計(jì)算鉤碼的重力(即彈簧彈力)，并填寫(xiě)在記錄表格里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，以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。五.數(shù)據(jù)處理以彈力F(所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖。1.作圖法2.函數(shù)法圖像斜率？a線原因:當(dāng)未放重物時(shí),彈簧在自身重力的作用下,已經(jīng)有伸長(zhǎng)量。b線原因:彈簧超過(guò)彈性限度ab六、誤差分析1.彈簧原長(zhǎng)及伸長(zhǎng)量的測(cè)量都存在誤差。2.由于彈簧自身重力的影響造成誤差，當(dāng)未放重物時(shí)，彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有伸長(zhǎng)量，這樣在作圖線時(shí)，圖線在x軸有截距。3.描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確也會(huì)引起誤差，所以每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使坐標(biāo)紙上描的點(diǎn)盡可能分散，這樣作出的圖線更精確。1.所掛鉤碼不要過(guò)重，以免彈簧被過(guò)分拉伸，超出其彈性限度。2.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。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)。4.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。七.注意事項(xiàng)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(x，F(xiàn))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，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；

(1)(2)(3)4)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)：________________。CBDAEFG(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位置，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”)。不變2.某同學(xué)做“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。(1)圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為_(kāi)_______cm。(2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來(lái)改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是________(填選項(xiàng)前的字母)。A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重量B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重量(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量x與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_________________。答案(1)6.93

(2)A

(3)彈簧形變量超出彈簧的彈性限度解析(1)由題圖乙可知標(biāo)尺刻度為l2＝14.66cm，所以彈簧的伸長(zhǎng)量為Δl＝l2－l1＝6.93cm。(2)為防止彈簧超出彈性限度，應(yīng)逐漸增加鉤碼，故選項(xiàng)A正確。(3)由題圖丙知AB段伸長(zhǎng)量與彈力不成線性關(guān)系，主要原因是鉤碼重力過(guò)大，導(dǎo)致彈簧形變量超出彈簧的彈性限度。6.某同學(xué)為了探究“彈簧的彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)。他選擇的器材有：一根彈簧、一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)繩、鐵釘、幾個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼質(zhì)量為100g)、刻度尺。他的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.先將長(zhǎng)木板放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，有定滑輪的一端伸出桌外，并調(diào)水平B.把彈簧的一端用鐵釘固定在長(zhǎng)木板上合適的位置C.彈簧的另一端用細(xì)繩連接，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與長(zhǎng)木板平行，可連接鉤碼D.掛上不同數(shù)量的鉤碼，用刻度尺量出對(duì)應(yīng)彈簧的總長(zhǎng)度，把數(shù)據(jù)記錄在他設(shè)計(jì)的表格中鉤碼個(gè)數(shù)01234彈簧總長(zhǎng)度/cm10.011.112.113.014.0鉤碼重量/N01234(1)實(shí)驗(yàn)用的彈簧原長(zhǎng)l＝________。(2)從他實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：__________________________。(3)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出該彈簧的勁度系數(shù)k＝________。答案(1)10.0cm

(2)在誤差允許范圍內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比(3)100.0N/m解析(1)由表格可知，不掛鉤碼時(shí)彈簧總長(zhǎng)度即彈簧原長(zhǎng)，為10.0cm。(2)由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)增加1個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了1.1cm；增加2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了2.1cm；當(dāng)增加3個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了3.0cm；當(dāng)增加4個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了4.0cm；由此可知，在誤差允許范圍內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比。(3)由胡克定律F＝kΔx可知，彈簧的勁度系數(shù)為k＝100.0N/m。其中：F:彈力，單位：NX:形變量(彈簧伸長(zhǎng)或縮短)量，x=|L-L0|，L為彈簧的實(shí)際長(zhǎng)度，L0為彈簧原長(zhǎng)K：彈簧的勁度系數(shù)，它反映了彈簧的“軟”“硬”程度，是由彈簧本身的材料、長(zhǎng)度、橫截面積等決定，不同規(guī)格彈簧，K不同。國(guó)際單位：牛每米，符號(hào)N/m(或牛每厘米，符號(hào)N/cm）思考：影響彈簧彈力大小的因素？一、胡克定律內(nèi)容：

在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小跟形變量(彈簧伸長(zhǎng)或縮短)量X成正比公式：F=Kx彈簧的材料，形變量圖像斜率？討論:若作的是F-L圖像會(huì)怎樣？斜率、橫截距含義？對(duì)胡克定律(F=kx)的理解(1)定律成立的條件：彈簧必須在彈性限度內(nèi)(2)胡克定律適用范圍：只能用來(lái)計(jì)算彈簧彈力或橡皮筋彈力的大小其他彈力：由物體受其他力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)求解(3)同規(guī)格的彈簧，K值不變1.關(guān)于胡克定律的下列說(shuō)法，正確的是（

）B．勁度系數(shù)相同的彈簧，彈簧的伸長(zhǎng)相同C．知道彈簧的勁度系數(shù)，就可以算出任何拉力下的彈簧伸長(zhǎng)D．勁度系數(shù)和拉力、伸長(zhǎng)量沒(méi)有關(guān)系，它只決定于彈簧的材料、長(zhǎng)度、彈簧絲的粗細(xì)D2.一根輕質(zhì)彈簧,當(dāng)它受到10N的拉力時(shí)長(zhǎng)度為12cm,當(dāng)它受到25N的拉力時(shí)長(zhǎng)度為14cm.問(wèn)彈簧不受力時(shí)的自然長(zhǎng)度為多長(zhǎng)?該彈簧的勁度系數(shù)為多大?L0=10cm,k=5N/cm或500N/m3.彈簧原長(zhǎng)為18.0cm，在其下端掛一重為0.5kg的物體時(shí)長(zhǎng)為20.5cm，現(xiàn)將兩個(gè)一樣的彈簧都掛上0.6kg的物體后，再串聯(lián)起來(lái)，豎直吊在天花板上，如圖所示靜止時(shí)(1)下端B彈簧形變量？(2)上端A彈簧形變量？(3)兩彈簧的總長(zhǎng)度為多少cm？

(ｇ＝10N/kg)45cm6cm3cmBA變式:若倒立過(guò)來(lái)，靜止時(shí)兩彈簧的總長(zhǎng)度為多少cm25cm4.一根勁度系數(shù)為103N/m的彈簧,在受500N的力作用時(shí),長(zhǎng)度為63cm,當(dāng)不受外力作用時(shí),彈簧的長(zhǎng)度可能為()A.83cmB.13cmC.113cmD.38cmBC5.如圖所示，彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩重力不計(jì)，不計(jì)一切摩擦，物體的重力為G＝5N。當(dāng)裝置穩(wěn)定時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)A和B的讀數(shù)分別為(

)A.5N、0 B.5N、10NC.5N、5N D.10N、5N答案C6.一彈簧的兩端各用10N的外力向外拉伸,彈簧伸長(zhǎng)了6cm.現(xiàn)將其中一端固定于墻上,另一端用5N的外力來(lái)拉伸它,則彈簧的伸長(zhǎng)量應(yīng)為()A.6cmB