【高中物理】重力與彈力之探究彈簧彈力與伸長量的關(guān)系課件-2023-2024學(xué)年高一上物理人教版（2019）必修第一冊

3.1.3探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系胡克定律英國科學(xué)家胡克經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力F的大小跟彈簧伸長（或縮短）的長度x成正比。F＝kx實驗?zāi)康?1)探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系。(2)學(xué)會用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。(3)測量彈簧彈簧的勁度系數(shù)。F＝kx實驗原理1．測量彈力：2．測量伸長量：3．處理實驗數(shù)據(jù)：彈簧靜止時彈簧的彈力與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等。彈簧拉長后的長度減去彈簧的原長。作出彈簧彈力為縱軸、伸長量（彈簧長度）為橫軸的圖像，根據(jù)圖像分析彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。斜率等于彈簧的勁度系數(shù)能不能用彈簧測力計測量？實驗器材輕彈簧、鉤碼(一盒)、刻度尺、鐵架臺、三角板、鉛垂線、坐標紙。實驗步驟1．按如圖所示安裝實驗裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度l0。2．在彈簧下懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度和鉤碼的重力。3．增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，用F表示彈力，l表示彈簧的總長度，x＝l－l0表示彈簧的伸長量。實驗步驟4．記錄數(shù)據(jù)次數(shù)123456F/N00.200.400.600.801.00l/cm5.607.008.409.8011.2012.60x/cm01.402.804.205.607.00數(shù)據(jù)處理次數(shù)123456F/N00.200.400.600.801.00l/cm5.607.008.409.8011.2012.60x/cm01.402.804.205.607.00F/X(1)列表法分析彈力與伸長量的比值(2)圖像法(3)函數(shù)法找出彈力與伸長量的函數(shù)關(guān)系誤差分析項目產(chǎn)生原因減小方法系統(tǒng)誤差彈簧自身重力選輕質(zhì)彈簧鉤碼標值不準確用彈簧測力計測量比較后選用偶然誤差彈簧拉力大小不穩(wěn)定穩(wěn)定后再讀數(shù)彈簧長度測量不準確固定刻度尺,多次測量描點、作圖不準確坐標軸的標度盡量大些,盡量多的點落在線上或均勻分布于線的兩側(cè)(1)本實驗中對所掛鉤碼重力有什么要求?(2)某同學(xué)的實驗圖像如圖,圖像上端為什么會變成曲線?鉤碼不能過重,應(yīng)該在彈簧的彈性限度之內(nèi)。懸掛鉤碼數(shù)量過多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲。注意事項1.測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時測量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大讀數(shù)誤差。2.記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。3.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條直線上,但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。即學(xué)即練例1、如圖所示,用鐵架臺、彈簧和多個未知質(zhì)量但質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與形變量的關(guān)系。(1)為完成實驗,除了圖中提供的實驗器材,你還需要的實驗器材有:

、

。

(2)實驗中你需要測量的物理量有

、

。

(3)為完成該實驗,設(shè)計的實驗步驟如下:A.以彈簧伸長量為橫坐標,以彈力為縱坐標,描出各組對應(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,測量出一個鉤碼的重力;C.將鐵架臺固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附豎直固定一把刻度尺;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。首先嘗試寫成一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù);F.解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義;G.整理儀器。請你將以上步驟按操作的先后順序排列出來:

。

(4)若實驗開始時你將圖中的指針從P位置往下挪到Q,其余實驗步驟不變且操作正確,則測量得到彈簧的勁度系數(shù)將

(選填“變大”“不變”或“變小”)。

彈簧自重對勁度系數(shù)的測量有無影響？即學(xué)即練例2、某同學(xué)探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。(1)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

(“水平”或“豎直”)方向。

(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,彈簧長度記為Lx;在砝碼盤中每次增加10g砝碼,彈簧長度依次記為L1至L6。數(shù)據(jù)如表所示。

代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30

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刻度為

。

(3)圖甲是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖像,縱軸是砝碼的質(zhì)量,橫軸是彈簧長度與

(選填“L0”或“Lx”)的差值。

(4)由圖甲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