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人教版物理必修一3.3《实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系》ppt课件
资料简介
第三章
相互作用
学案
3
实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系
目标定位
1.
探究弹力与弹簧伸长量之间的关系
.
2.
学会利用图象法处理实验数据
.
3.
能根据
F
－
x
、
F
－
l
图象求出弹簧的劲度系数
.
知识探究
自我检测
一、实验原理
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
.
知识探究
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
的关系图象，根据实验所得的图象，就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系
.
二、实验器材
、钩码
(
一盒
)
、
、铁架台
.
三、实验步骤
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
l
0
，即原长
.
2
.
如图
2
所示，在弹簧下端挂质量为
m
1
的钩
码，测出此时弹簧的长度
l
1
，记录
m
1
和
l
1
.
图
2
轻弹簧
刻度尺
3
.
改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录
m
2
、
m
3
、
m
4
、
m
5
、
…
和相应的弹簧长度
l
2
、
l
3
、
l
4
、
l
5
、
…
.
4
.
计算出每次弹簧的伸长量
x
(
x
＝
l
－
l
0
)
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
四、数据处理
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
.
五、误差分析
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
.
六、注意事项
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
l
0
、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
.
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量的关系
”
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伸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量的关系
”
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
L
0
，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
－
L
0
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
x
>0
，所以选
C.
答案
C
例
2
某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系
.
(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，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向
.
竖直
(2)
弹簧自然悬挂，待弹簧
________
时，长度记为
L
0
；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为
L
x
；在砝码盘中每次增加
10 g
砝码，弹簧长度依次记为
L
1
至
L
6
.
数据如下表
.
代表符号
L
0
L
x
L
1
L
2
L
3
L
4
L
5
L
6
数值
(cm)
25.35
27.35
29.35
31.30
33.4
35.35
37.40
39.30
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
________
.
解析
弹簧静止稳定时，记录原长
L
0
；表中的数据
L
3
与其他数据有效位数不同，所以数据
L
3
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
0.1mm
，所以刻度尺的最小分度为
1 mm.
答案
稳定
L
3
1 mm
(3)
图
3
是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与
________
的差值
(
填
“
L
0
”
或
“
L
x
”
)
.
图
3
解析
由题图知所挂砝码质量为
0
时，
x
为
0
，所以
x
＝
L
－
L
x
(
L
为弹簧长度
)
.
L
x
(4)
由图可知弹簧的劲度系数为
________N/m
；通过图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 N/kg)
解析
由胡克定律
F
＝
k
Δ
x
知，
mg
＝
k
(
L
－
L
x
)
，即
mg
＝
kx
，所以图线斜率即为弹簧的劲度系数
同理，砝码盘质量
答案
4.9
10
1.
在
“
探究弹力与弹簧伸长量的关系
”
的实
验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂
在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测
数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力
G
与弹簧总长
L
的关系图象，如图
4
所示，根据图象回答以下问题：
(1)
弹簧的原长为
_________
.
(2)
弹簧的劲度系数为
________
.
1
2
自我检测
图
4
解析
钩码的重力等于其对弹簧的拉力，又根据胡克定律
F
＝
kx
＝
k
(
L
－
L
0
)
，所以图线在横轴上的截距表示弹簧原长，斜率表示弹簧的劲度系数，故
L
0
＝
10 cm
，
k
＝
N
/m
＝
1 000 N/
m.
1
2
答案
(1)10 cm
(2)1 000 N/m
1
2
2
.
某同学用如图
5
所示装置做
“
探究弹力与弹簧伸长量的关系
”
的实验
.
他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：
(
g
取
9.8 N/kg)
图
5
1
2
钩码总质量
m
/10
2
g
0
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
标尺刻度
x
/10
－
2
m
15.00
18.94
22.82
26.78
30.66
34.60
42.00
54.50
1
2
(1)
根据所测数据在图
6
坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度
x
与钩码总质量
m
的关系曲线
.
图
6
1
2
解析
根据表格中的各组数据在坐标纸上标出相应的点，然后用平滑曲线连接这些点，作出的图象如图所示
.
答案
见解析图
1
2
(2)
根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在
______N
范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律
.
这种规格弹簧的劲度系数为
________N/m.
解析
根据作出的图线可知，钩码质量在
0
～
500 g
范围内图线是直线，表明弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律
.
在这个范围内的曲线上找到相距较远的两点，利
1
2
用这两点的坐标值计算弹簧的劲度系数
答案
0
～
4.9
25.00
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