人教版高中物理必修第一册第三章第一节第二课时实验探究弹簧弹力与形变量的关系课件+学案

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第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系第三章　相互作用——力第1节　重力与弹力1．探究弹簧弹力与形变量的关系。2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。3．学会根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。必备知识·自主预习储备类型一　实验原理与操作【典例1】　如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。探究重构·关键能力达成(1)为完成实验，还需要的实验器材有：________。(2)实验中需要测量的物理量有：_______________________________________________________________________________________。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_____ N/m。图线不过原点是由于___________________。刻度尺弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)200弹簧自身重力的影响(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F．解释函数表达式中常数的物理意义；G．整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：______________。CBDAEFG[解析]　(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)。(3)取图像中(0.5，0)和(3.5，6)两个点，代入ΔF＝kΔx可得k＝200 N/m，由于弹簧自身的重力，使得弹簧不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG。类型二　数据处理和误差分析【典例2】　某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。(1)将弹簧自然悬挂在铁架台上，将刻度尺竖直固定在弹簧一侧，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，数据如下表所示：静止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________。L31 mm(2)如图所示是该同学根据表中数据作的图像，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________(选填“L0”或“Lx”)的差值。Lx(3)由图可知弹簧的劲度系数为______ N/m；通过图像和表可知砝码盘的质量为__ g(结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8 m/s2)。(4)图线明显偏离直线，可能的原因是______________________。4.910超过了弹簧的弹性限度 类型三　创新实验设计【典例3】　(2022·湖南卷)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图甲所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05 g；(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：(3)根据表中数据在图乙上描点，绘制图线；见解析(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示，此时橡皮筋的长度为________ cm；(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为______ g (计算结果保留3位有效数字)。15.35127[解析]　(3)根据表格标点连线如图。 1．某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验。(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(选填“水平”或“竖直”) ，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐。应用迁移·随堂评估自测243题号1(2)在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图所示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1＝________ cm。竖直25.85(3)在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________ N(当地重力加速度g取9.8 m/s2)。(4)要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_____________。作出F-x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。234题号1[解析]　(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)由题图乙知l1＝25.85 cm。(3)挂两个钩码时，弹簧弹力F＝0.98 N。(4)要测弹簧伸长量，还需要测量弹簧的原长。0.98 弹簧的原长2．某同学利用如图甲所示装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验。234题号1(1)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度L的关系图线。由此图线可得该弹簧的原长L0＝___ cm，劲度系数k＝_______N/m。(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度L＝_____ cm。234题号145010 234题号13．某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：把一开口向右、内壁光滑、深度为h＝0.25 m的小圆筒水平固定在桌面上，同时把一轻弹簧一端固定于小圆筒内部左端，没有外力作用时弹簧的另一端位于筒内，如图甲所示。如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l，作出F-l图线如图乙所示。234题号1(1)由此图线可得出的结论是_______________________________。(2)弹簧的劲度系数为_____N/m，弹簧的原长l0＝______m。(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比较，优点在于______________________________________________。234题号1弹簧弹力和弹簧形变量成正比1000.15水平放置可以消除由于弹簧自身重力造成的误差 234题号14．(1)橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，用如图甲所示的装置就可以测出橡皮筋的k值，下面的表格中记录了橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验数据。其中实验数据记录有错误的是第____组。在图乙中作出F-x图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________ N/m。(结果保留两位有效数字)243题号153.1×102如图所示 243题号1Pa5×106 Pa 243题号1