高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力第二课时导学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力第二课时导学案及答案，共6页。学案主要包含了探究弹力和弹簧伸长的关系，胡克定律等内容，欢迎下载使用。
一、探究弹力和弹簧伸长的关系
（一）实验目的
(1)探究弹力与弹簧伸长量之间的关系。
(2)学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。
(3)验证胡克定律。
（二）实验原理
(1)如图实－1－1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的重力大小相等。
图实－1－1
(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。
(3)求弹簧的劲度系数
弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数k＝eq \f(F,x)，即为弹簧的劲度系数；另外，在F­x图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。
（三）实验器材
铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。
（四）实验步骤
(1)按图实－1－2安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。
图实－1－2
(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。
(3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。
（五）数据处理
(1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图实－1－3所示。
图实－1－3
(2)以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据F­x图线的斜率求解，k＝eq \f(ΔF,Δx)。
（六）注意事项
(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。
(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确。
(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。
(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
(5)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。
（七）误差分析
由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点。
二、胡克定律
１.弹力的大小跟物体形变的大小有关，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力随着消失。弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧 的长度x成 ，即F= 。式中的 称为弹簧的劲度系数，单位是 ，单位的符号用 表示。劲度决定于弹簧本身的结构（材料、匝数、直径等）。这个规律叫做胡克定律。
2.弹力的大小与发生形变的物体的________有关，还与形变的_____有关；对于发生弹性形变的弹簧而言，弹力与弹簧的形变量（伸长或缩短的长度）成______.一弹簧的劲度系数为500N/m,它表示_______________________________,若用200N的力拉弹簧,则弹簧的伸长量为_____m.
例１：如图所示，弹簧的劲度系数为k，球重为G，平衡时球在A位置。今用力将小球向下拉长x至B位置，则此时弹簧的弹力为( )
A.kx B.kx+G C.G-kx D.以上都不对
分析和解 小球在A位置受重力和弹力f1相平衡，当在力的作用下移到B位置时，弹簧的总弹力为f＝f1+f2＝G+kx。故B选项正确。
同步练习：一根弹簧原长8cm，上端固定，下端挂重10N重物时，弹簧长度为10cm，弹簧的劲度系数为___________，若下端悬挂的重物再增加5N，静止时弹簧的长度是_________。
同步练习： 500N/m 11cm
当堂练习
1.关于弹性形变的概念，下列说法正确的是（ ）
A．物体形状的改变叫弹性形变
B．物体在外力停止作用后的形变，叫弹性形变
C．一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变
D．物体在外力停止作用后，能够恢复原来形状的形变
1．D
2.物体A受到外力作用发生弹性形变时,发生形变的物体A对使它发生形变的物体B产生弹力作用,下列说法中正确的是()
A.物体A先发生形变,后产生弹力
B.物体A先产生弹力,后发生形变
C.弹力和形变是同时产生同时变化的
D.物体A由于形变而对物体B产生了弹力作用
2. CD
3．如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上，②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，③中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，④中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有( )
A．l2＞l1 B．l4＞l3 C．l1＞l3 D．l2＝l4
3.D
4.关于弹簧的劲度系数k,下列说法正确的是()
A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k值也越大
B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关
C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k值越小
D.与弹簧本身特性,所受拉力的大小.形变大小都无关
4.B
5.关于胡克定律的下列说法，正确的是 （ ）
A．拉力相同、伸长也相同的弹簧，它们的劲度相同
B．劲度相同的弹簧，弹簧的伸长相同
C．知道弹簧的劲度，就可以算出任何拉力下的弹簧伸长
D．劲度和拉力、伸长没有关系，它只决定于弹簧的材料、长度、弹簧丝的粗细
5.AD
6.如图所示，两根原长都是10cm的弹簧，劲度系数都是100N/m，小球A、B的质量相等，均为100g，若不计弹簧质量，而且两小球的直径不计，则悬点O到B之间的弹簧总长度是 cm。(g取10N/kg)
6. 23cm
7.如图，GA=100N，GB＝40N，弹簧的劲度系数为500N/m，不计绳重和摩擦，求：物体A对支持面的压力和弹簧的伸长量。
7. 60N，8cm
8.一弹簧受到80牛的拉力作用时弹簧伸长为14㎝，弹簧受到40牛的压力作用时，弹簧长度为8㎝，试求该弹簧的劲度系数与原长．
8.解析：弹簧受拉力伸长时胡克定律的形式为F1=k(L1-L0) ，
即 80=k(14- L0)
弹簧受压力缩短时胡克定律的形式为F2=k(L0 -L2) ，
即 40=k (L0 - 8) ，
有上面两式可得到
k=20 N/cm , L0= 10 cm
9.如图所示，是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图，下列说法中正确的是( )
A.弹簧的劲度系数是2 N／m
B.弹簧的劲度系数是2X103N／m
C.当弹簧受F2＝800 N的拉力作用时，弹簧伸长为x2＝40 cm
D.当弹簧伸长为x1＝20cm时，弹簧产生的拉力是F1＝200 N
9.BC
10．用如图实－1－11甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为 mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应刻度如图乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，则被测弹簧的劲度系数为________ N/m。挂三个钩码时弹簧的形变量为________ cm。
图实－1－11
10.解析：对钩码进行受力分析，根据平衡条件，得
mg＝kΔx，
k＝eq \f(mg,Δx)＝eq \f(50×10－3×9.8,7×10－3)N/m＝70 N/m。
挂三个钩码时，可列方程(m＋m＋m)g＝kx′，
Δx′＝eq \f(3mg,k)＝eq \f(3×50×10－3×9.8,70) m＝21×10－3 m＝2.10 cm。
答案：70 2.101
2
3
4
5
6
7
F/N
0
l/cm
x/cm
0