初中物理微专题-验证弹力大小与弹性形变量的关系 学案

这是一份初中物理微专题-验证弹力大小与弹性形变量的关系 学案，共7页。
在弹性限度内弹性力的大小与弹性形变量成正比，在设计实验时要测量力和弹性形变量，因此所选的测量工具为：
除此之外在实验时往往采用在弹簧或橡皮筋下加挂重物的方法来使其伸长稳定的长度，因此还需要选择对应的勾码、沙桶等重物。
1.弹簧测力计在使用时要沿力的方向使用，一般选择竖直方向或水平方向使用以减小实验误差。
2.弹性形变量即物体原长与受力之后长度的差值，伸长时即为伸长量，压缩时即为压缩量，与物体本身长度无关。
3.实验时要考虑物体的弹性限度，若实验数据或图像末端出现弹性力的大小与弹性形变量不成正比的情况，则考虑已经超出了弹性限度。
抓住在弹性限度内弹性力的大小与弹性形变量成正比这一概念。在类似探究实验中，比如探究皮球弹起的高度与撞击地面面积大小（皮球形变量）的关系，探究木板受压形变程度与压力的关系，验证物体的微小形变等试验都可较为轻松的解决。
1．学习了弹力知识后，小萱发现：给弹簧施加拉力，当拉力越大时，弹簧的伸长量就越大，于是小萱提出猜想：弹簧的伸长量跟所受拉力成正比，实验桌上已经备有如下器材：一个满足实验要求的弹簧、一个铁架台、一个刻度尺、六个质量均为50g的钩码，请你利用上述实验器材，设计一个实验探究：“弹簧的伸长量（ΔL）跟所受拉力（F）是否成正比”，要求：
（1）请写出实验步骤（可画示意图辅助说明） ；
（2）画出实验数据记录表 。
2．小明在玩轻质弹簧的过程中，发现用力拉弹簧时，弹簧会伸长（如图甲、乙所示）。他查资料得知：同一弹簧的伸长量，与所受的拉力大小有关。小明想要探究在弹性限度内，该弹簧的伸长量与弹簧所受拉力大小的定量关系，请你帮他设计实验方案。
（弹簧与地面的摩擦忽略不计）
（1）实验的测量器材： ；
（2）实验步骤 （可画图或文字表述）；
（3）设计记录数据的表格 。
3．体育课上，同学们在排球场上练习排球中的扣球动作，排球撞击地面的“砰、砰”声引起了小强同学的注意，地面对排球的作用力有多大呢？小强通过仔细的观察，猜想地面对排球作用力的大小可能与排球撞击地面的速度有关，也可能与撞击时排球与地面之间的接触面积的大小有关．
请你帮助小强设计一个实验粗略测量出地面对排球的作用力，写出你所使用的实验器材及实验方法和步骤．
4．实验室准备了如下实验器材：橡皮筋、铁架台、钩码一盒（20个，每个10g）、细线．小东同学想通过实验证明：“当橡皮筋的伸长量（x）越大时，橡皮筋所产生的弹力（F）也越大”．
（1）为完成实验，需要添加的实验器材是： ．
（2）写出实验步骤 ．
（3）画出实验数据记录表格．
( )
（4）小东同学进行了充分的实验数据收集，并画出了F﹣x图象，如图所示．由图可知，在x＜15cm范围内该橡皮筋每伸长1cm所产生的弹力是 N．图中当x＞15cm后F﹣x图象变成了曲线，图象弯曲的原因是： ．
物理量
测量工具
力（重力、拉力、摩擦力、浮力）
弹簧测力计
长度
刻度尺（直尺、卷尺）（特殊测量方法：棉线、滚轮、刻度尺间接测量）
参考答案：
1． 见解析
【详解】（1）[1]实验步骤：①将弹簧悬挂在铁架台的支架上，用刻度尺测量弹簧的长度L0，将数据记录在表格中；②将一个钩码挂在弹簧下面的挂钩上，用刻度尺测量弹簧此时的长度L，将钩码的质量m和弹簧的长度L记录在表格中；③仿照步骤②，依次在弹簧下面挂2个、3个、4个、5个、6个钩码，每次用刻度尺测量弹簧的长度L，并将每次钩码的总质量m和相应的弹簧长度L记录在表格中；④利用公式
F=G=mg
分别计算出6次弹簧所受拉力F，分别记录在表格中．利用公式
ΔL=L-L0
分别计算出6次弹簧的伸长量ΔL，分别记录在表格中。
（2）[2]由实验步骤可知需要记录的数据如表格所示
2． 测力计、刻度尺 见详解 见详解
【详解】（1）[1]因为要测弹力和伸长量，所以需要弹簧测力计和刻度尺。
（2）[2]①如图甲所示，将弹簧一端固定在墙上，用刻度尺测量它的原长，记为；②在弹簧弹性限度内，用测力计水平向右拉弹簧，当拉力为时，用刻度尺测量弹簧总长，记为；③多次改变拉力的大小，重复以上②步骤。
（3）[3]需要记录拉力、弹簧原长、力作用后弹簧总长、弹簧伸长量。
3．实验器材：一台秤、脸盆、水、白纸、排球．
实验步骤：把纸放在地面上，再把排球浸湿，击在纸上，则会在纸上留下一个圆形的痕迹．然后将纸放在台秤上，把球放在纸上，用力压排球，使排球的下半部分正好跟圆形痕迹重合，此时台秤的示数为排球击在地面上对地面的压力．
【分析】排球受力发生形变，形变的程度相同，说明其受到的力的大小相同．让排球撞击在地面上或纸上留下痕迹，然后再想办法测出排球达到同样的形变时所用的力，就可以知道排球击在地面上时对地面作用力的大小．
【详解】测量地面对排球的作用力，不能直接测量出来，需要通过转换，即用到转换法．
需用的实验器材有：一台秤、脸盆、水、白纸、排球．
实验步骤：把纸放在地面上，再把排球浸湿，击在纸上，则会在纸上留下一个圆形的痕迹．然后将纸放在台秤上，把球放在纸上，用力压排球，使排球的下半部分正好跟圆形痕迹重合，此时台秤的示数为排球击在地面上对地面的压力．
【点睛】这是通过转换的方法来测量作用力的一种特殊方法．与此类似的如：曹冲称象．
4． 弹簧测力计和刻度尺 详见解析
0.1 所挂钩码超出了弹簧的弹性限度
【详解】（1）测量力的仪器是弹簧测力计，测橡皮筋的伸长量需刻度尺，故为完成实验，需要添加的实验器材是：弹簧测力计和刻度尺；
（2）实验步骤：
①将橡皮筋悬挂在铁架台的支架上，用刻度尺测量橡皮筋的长度L0，将数据记录在表格中；
②将一个钩码挂在橡皮筋下面的挂钩上，用刻度尺测量橡皮筋此时的长度L，将钩码的质量m和橡皮筋的长度L记录在表格中；
③仿照步骤②，依次在橡皮筋下面挂2个、3个、4个、5个、6个钩码（不超出弹性限度），每次用刻度尺测量橡皮筋的长度L，并将每次钩码的总质量m和相应的橡皮筋长度L记录在表格中；
④利用弹簧测力计分别读出橡皮筋所受拉力F，分别记录在表格中；
利用公式△L=L-L0，分别计算出6次橡皮筋的伸长量△L，分别记录在表格中；
（3）实验数据记录表格：
（4）根据图象可知，在x＜15cm范围内该橡皮筋每伸长1cm所产生的弹力是0.1N；图中当x＞15cm后F-x图象变成了曲线，图象弯曲的原因可能是所挂钩码超出了橡皮筋的弹性限度．
L0/m
m/kg
L/m
F/N
ΔL/m
L0/m
m/kg
L/m
F/N
ΔL/m
实验次数
拉力
原长
总长
伸长量
1
2
3
L0/m
m/kg
L/m
F/N
△L/m
L0/m
m/kg
L/m
F/N
△L/m