【新步步高】2015-2016学年高一物理教科版必修1课件：第二章3学生实验：探究弹力与弹簧伸长的关系讲述.ppt

第 二 章 力 目标定位 1.探究弹力与弹簧伸长之间的关系. 2.学会利用图像法处理实验数据. 3.能根据F－x、F－l图像求出弹簧的劲度系数. 学案3　学生实验：探究弹力与弹簧伸长的关系 知识探究 自我检测 一、实验原理 知识探究 1.如图1所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的重力 .弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用 测出，其伸长量x可以用弹簧的长度减去 来求得. 图1 大小相等 刻度尺 原长 2.建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据实验所得的图像，就可探知弹力大小与弹簧伸长之间的关系. 轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台. 二、实验器材 1.将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长. 2.如图2所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1. 图2 三、实验步骤 3.改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5、……和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、……. 4.计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格. ? 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 ? ? ? ? ? ? l/cm ? ? ? ? ? ? ? x/cm 0 ? ? ? ? ? ? 1.建立直角坐标系，以F为纵轴，x为横轴，根据测量数据用描点法作图.连接各点得出F随弹簧伸长量x变化的图线. 2.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数. 3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义. 四、数据处理 1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.为了减小误差，要尽量多测几组数据. 2.弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差.为了减小该系统误差，实验中应使用轻质弹簧. 五、误差分析 1.实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超出弹簧的弹性限度. 2.测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系. 3.记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位. 六、注意事项 4.描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线. 5.尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响. 典例精析 例1　(1)在“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是(　　) A.弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等 解析　本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，以改变对弹簧的拉力，实验时弹簧要处于竖直位置，故A、B正确； 弹簧的伸长量为弹簧拉长后的长度与原长的差，故C错误； 对于不同的弹簧，其所受拉力与伸长量之比是不同的，故D错误. 答案　AB (2)某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x.这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是(　　) 解析　由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选C. 答案　C 例2　某同学探究弹力与弹簧伸长的关系. (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在 方向(填“水平”或“竖直”). 解析　为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生，弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向. 答案 竖直 (2)弹簧自然悬挂，待弹簧 时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表. 表中有一个数值记录不规范，代表符号为 .由表可知所用刻度尺的最小分度为 . 代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 解析　弹簧静止稳定时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至0.1 m