2018-2019高中物理 第三章 研究物體間的相互作用 實驗 探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系課件 粵教版必修1.ppt

實驗 探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系,第三章 研究物體間的相互作用,學習目標 1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系. 2.學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù). 3.能根據(jù)Fx、FL圖象求出彈簧的勁度系數(shù).,內(nèi)容索引,技能儲備 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(guān),技能儲備,一、實驗?zāi)康?1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系. 2.學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù). 3.能根據(jù)Fx、FL圖象求出彈簧的勁度系數(shù). 二、實驗器材 彈簧、 、鉤碼、鐵架臺.,刻度尺,三、實驗原理 1.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)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力 .如圖乙，彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用 測出，其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈簧的 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(yīng)的點，用_ 連接起來，根據(jù)實驗所得的圖象，就可探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系.,平滑曲線,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_ 狀態(tài)時的長度L0，即原長.,2.如圖2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、.,圖2,自然伸長,4.計算出每次彈簧的伸長量x(x )和彈簧受到的拉力F(Fmg)，并將數(shù)據(jù)填入表格.,LL0,五、數(shù)據(jù)處理 1.建立直角坐標系，以F為縱軸、x為橫軸，根據(jù)測量數(shù)據(jù)用描點法作圖.連接各點得出F隨彈簧伸長量x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).首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù). 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.,六、誤差分析 1.本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶然誤差.為了減小誤差，要盡量 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 彈簧.,多,輕質(zhì),題型演練,例1 以下是某同學所進行的“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗步驟： (1)將一個彈簧的上端固定在鐵架臺上，豎直懸掛起來，在彈簧下掛一個鉤碼，記下鉤碼的質(zhì)量m1，此時彈簧平衡，彈力大小為F1m1g，并用刻度尺測量出此時彈簧的長度L1，并記錄到表格中. 答案 見解析 解析 還應(yīng)該測出彈簧的原長L0，此時應(yīng)在不掛鉤碼的情況下，讓彈簧保持自然下垂狀態(tài)，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)再增加鉤碼，重復上述的操作，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(yīng)該以彈簧的伸長量為橫坐標，因為探究的是彈力與彈簧伸長量的關(guān)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(guān)系，并得出實驗結(jié)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行修正. 答案 見解析 解析 應(yīng)分析彈力與彈簧伸長量的關(guān)系.,答案,解析,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狀態(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.,二、實驗數(shù)據(jù)的處理,例2 某同學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“水平”或“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，彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)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；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6.數(shù)據(jù)如下表.,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，標準數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位，最后一位應(yīng)為估讀值，所以刻度尺的最小分度為1 mm.,答案,解析,穩(wěn)定,L3,1 mm,(3)圖3是該同學根據(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“L0”或“Lx”).,答案,解析,圖3,解析 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).,Lx,(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),4.9,10,解析 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),0.01 kg10 g.,答案,解析,1.F-x圖象應(yīng)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，斜率仍然等于彈簧的勁度系數(shù).,三、誤差分析,例3 某同學做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗，他先把彈簧放在水平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，在彈簧的下部A處固定一個指針.如圖4所示.掛上鉤碼，平衡后測出其長度L，令xLL0.改變鉤碼個數(shù)，進行多次測量. (1)用F表示彈簧下端受到的鉤碼的拉力，則如圖所示的Fx圖線，你認為符合實際情況的是,圖4,解析,答案,解析 因為彈簧是被放在水平桌面上測得的原長，然后把彈簧豎直懸掛起來后，由于自身重力的作用，彈簧的長度會增大，所以圖線應(yīng)在x軸正方向上有截距，C正確，A、B、D錯誤.,(2)如果將指針固定在A點的下方P處，在正確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)的測量值_實際值(填“大于”“小于”或“等于”).,答案,解析,等于,解析 如果將指針固定在A點的下方P處，在正確測出彈簧原長的情況下，再作出x隨F變化的圖象，則在圖象上x的變化量不變，得出彈簧的勁度系數(shù)與實際值相等.,四、創(chuàng)新實驗,例4 在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖5所示.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.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.,圖5,解析,答案,(1)有一個同學通過以上實驗測量后把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,解析 FL圖線如圖所示：,(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L0即彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，L05102 m5 cm. 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,(3)試根據(jù)該同學以上的實驗情況，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)).,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,(4)該同學實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：_，缺點在于：_.,解析 優(yōu)點是：可以避免彈簧自身重力對實驗的影響. 缺點是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦會造成實驗誤差.,解析,答案,答案 見解析,達標檢測,1.(實驗器材及原理)(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，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,答案,1,2,3,2.(實驗過程及數(shù)據(jù)處理)一位同學在做“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準備完成的，請你幫這位同學按操作的先后順序，將這些步驟用字母排列出來是_. A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))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L0 C.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,1,2,3,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,1,2,3,答案 CBDAEF,解析 在做實驗的時候一般步驟為先組裝器材，然后進行實驗，最后處理數(shù)據(jù)，故順序為CBDAEF.,答案,解析,1,2,3,(2)下表是這位同學所測的幾組數(shù)據(jù),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,1,2,3,答案 如圖所示,1,2,3,解析 根據(jù)描點法，圖象如圖所示,答案,1,2,3,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.,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 N,3.(實驗誤差分析)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F-x圖象如圖8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,1,2,3,圖8,解析 彎曲部分顯示：當x達到某一值后，F(xiàn)與x不再成正比，前面數(shù)據(jù)呈線性分布，說明不是讀數(shù)問題，而是拉力超出了彈簧的彈性限度.,答案,解析,