2021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系教案 教科版必修1

1、2021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系教案 教科版必修12021-2022學(xué)年高中物理 第2章 力 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系教案 教科版必修1年級(jí)：姓名：- 11 -實(shí)驗(yàn)2探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)1.探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)之間的關(guān)系2.學(xué)會(huì)利用圖像法、列表法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)3.能根據(jù)fx、fl圖像求出彈簧的勁度系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)原理和方法1如圖甲所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等，彈簧的原長(zhǎng)與掛上鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度可以用刻度尺測(cè)出，其伸長(zhǎng)量x可以用彈簧的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng)來(lái)求得 甲乙2建立直角坐標(biāo)

2、系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小f，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，f)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用平滑曲線連接起來(lái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖像，就可探究彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙三、實(shí)驗(yàn)步驟1將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0，即原長(zhǎng)2如圖所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，測(cè)出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1，記錄m1和l1.3改變所掛鉤碼的質(zhì)量，測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度，記錄m2、m3、m4、m5、和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5、.4計(jì)算出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x(xll0)和彈簧受到的拉力f(fmg)

3、，并將數(shù)據(jù)填入表格1234567f/n0l/cmx/cm0四、數(shù)據(jù)處理1以彈力f(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖連接各點(diǎn)，得出彈力f隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線，如圖所示2以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個(gè)常數(shù)也可據(jù)fx圖線的斜率求解，k.3得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義五、誤差分析1本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源為讀數(shù)和作圖時(shí)的偶然誤差，為了減小誤差，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)2彈簧豎直懸掛時(shí)，未考慮彈簧自身重力的影響會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)誤差為了減小該系統(tǒng)誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用輕彈簧六、

4、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超出彈簧的彈性限度2測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)區(qū)別彈簧原長(zhǎng)l0、實(shí)際長(zhǎng)度l及伸長(zhǎng)量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系為了減小彈簧自身重力帶來(lái)的影響，測(cè)彈簧原長(zhǎng)時(shí)應(yīng)讓彈簧在不掛鉤碼時(shí)保持自然下垂?fàn)顟B(tài)，而不是平放在水平面上處于自然伸長(zhǎng)狀態(tài)3記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位4描點(diǎn)作圖時(shí)，應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在畫出的線上，可允許少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線或直線5盡量選輕質(zhì)彈簧以減小彈簧自身重力帶來(lái)的影響.【例1】某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系(1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)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_方向(填“水

5、平”或“豎直”)(2)彈簧自然懸掛，待彈簧_時(shí)，長(zhǎng)度記為l0；彈簧下端掛上砝碼盤時(shí)，長(zhǎng)度記為lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長(zhǎng)度依次記為l1至l6.數(shù)據(jù)如下表代表符號(hào)l0lxl1l2l3l4l5l6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號(hào)為_由表可知所用刻度尺的最小分度為_(3)如圖是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長(zhǎng)度與_的差值(填“l(fā)0”或“l(fā)x”)(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_n/m；通過(guò)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，重力加速度g取9.8 n/kg)

6、解析(1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生，彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向(2)彈簧靜止穩(wěn)定時(shí)，記錄原長(zhǎng)l0；表中的數(shù)據(jù)l3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)l3不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位，最后一位應(yīng)為估讀值，精確至0.1 mm，所以刻度尺的最小分度為1 mm.(3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時(shí)，x為0，所以xllx(l為彈簧長(zhǎng)度)(4)由胡克定律fkx知，mgk(llx)，即mgkx，所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k n/m4.9 n/m同理，砝碼盤的質(zhì)量m kg0.01 kg10 g.答案(1)豎直(2)穩(wěn)定l31 mm(3)lx(4)4.910【例2】在“探究彈力與彈簧伸

7、長(zhǎng)量的關(guān)系，并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示所掛鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右的恒定拉力實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度 (1)有一個(gè)同學(xué)通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后，把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在如圖所示坐標(biāo)系中，請(qǐng)作出fl圖線 (2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)l0_cm，勁度系數(shù)k_n/m.(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實(shí)驗(yàn)情況，幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)：_.缺點(diǎn)：_.解析(1)fl圖線如圖所示：(2)彈簧的原長(zhǎng)l0即彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，由

8、圖像可知，l05102 m5 cm.勁度系數(shù)為圖像直線部分的斜率，k20 n/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表次數(shù)123456彈力f/n彈簧的長(zhǎng)度l/(102 m)(4)優(yōu)點(diǎn)：可以避免彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響缺點(diǎn)：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)誤差答案見(jiàn)解析描繪實(shí)驗(yàn)圖像的注意事項(xiàng)(1)描點(diǎn)和連線依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用削尖的鉛筆在圖上描點(diǎn)，用“”或“”符號(hào)標(biāo)明連線時(shí)用平滑的曲線，不能用折線(2)因?yàn)闇y(cè)量值有一定的誤差，圖線不通過(guò)全部的點(diǎn)是正常現(xiàn)象，連線時(shí)應(yīng)盡量使圖線通過(guò)或接近數(shù)據(jù)點(diǎn)，個(gè)別嚴(yán)重偏離的點(diǎn)應(yīng)舍棄，并使其余的點(diǎn)盡量均勻地分布在圖線兩側(cè).(3)fx圖像應(yīng)是過(guò)原點(diǎn)的直線，直線的斜率等于彈

9、簧的勁度系數(shù).(4)fl圖像是不過(guò)原點(diǎn)的直線，其與橫軸的截距等于彈簧的原長(zhǎng)，斜率仍然等于彈簧的勁度系數(shù).1在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)作出fx圖像如圖實(shí)線所示，可能的原因是 ()a懸掛的鉤碼多，拉力超過(guò)了彈簧的彈性限度b用直尺測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度時(shí)，讀數(shù)小了c有的數(shù)據(jù)不是彈簧的伸長(zhǎng)，而是彈簧的長(zhǎng)度d所有數(shù)據(jù)都是用彈簧長(zhǎng)度進(jìn)行處理的a由圖像知f較大時(shí)斜率在變小說(shuō)明勁度系數(shù)在變小，彈簧受的拉力超出了它的彈性限度，故選項(xiàng)a正確；b、c、d錯(cuò)誤2(1)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是 ()a彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度b用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力

10、，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)c用刻度尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量d用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等(2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)l0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度l，把ll0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x.這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是 ()解析(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以需要研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目，以改變對(duì)彈簧的拉力，實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧要處于豎直位置，故a、b正確；彈簧的伸長(zhǎng)量為彈簧拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)的差，故c錯(cuò)誤

11、；對(duì)于不同的彈簧，其所受拉力與伸長(zhǎng)量之比是不同的，故d錯(cuò)誤(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量x0，所以選c.答案(1)ab(2)c3一位同學(xué)在做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)(1)下列的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，將這些步驟用字母排列出來(lái)是_a以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，f)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)b記下彈簧不掛鉤碼時(shí)，其下端在刻度尺上的刻度l0c將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺d依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)，彈簧

12、下端所對(duì)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(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式f解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義(2)下表是這位同學(xué)所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)彈力(f/n)0.51.01.52.02.5彈簧原來(lái)長(zhǎng)度(l0/cm)1515151515彈簧后來(lái)長(zhǎng)度(l/cm)16.217.318.519.620.8彈簧伸長(zhǎng)量(x/cm)1.22.33.54.65.8根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出fx圖線寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式_(x用cm作單位)函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義：_.解析(1)在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一般步驟為先組裝器材，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后數(shù)據(jù)處理，故順序?yàn)閏bdaef.(2)根據(jù)描點(diǎn)法，

13、圖像如圖所示、根據(jù)圖像，該直線為過(guò)原點(diǎn)的一條直線，即彈力與伸長(zhǎng)量成正比，即fkx0.43x.式中的常數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長(zhǎng)或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 n.答案(1)cbdaef(2)如圖所示f0.43x表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長(zhǎng)或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 n4某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，所用鉤碼每只質(zhì)量是30 g他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端，每次都測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度，并將數(shù)據(jù)填在下表中實(shí)驗(yàn)中彈簧始終未超過(guò)彈性限度，取g10 m/s2.試根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖乙所

14、示的坐標(biāo)系中作出彈簧所受彈力f與彈簧長(zhǎng)度l之間的函數(shù)關(guān)系的圖線 甲乙鉤碼質(zhì)量(g)0306090120150彈簧總長(zhǎng)(cm)6.007.008.009.0010.0011.00(1)寫出該圖線的數(shù)學(xué)表達(dá)式f_.(2)圖線與橫軸的交點(diǎn)的物理意義是_.(3)該彈簧的勁度系數(shù)k_n/m.(4)圖線延長(zhǎng)后與縱軸的交點(diǎn)的物理意義是_.解析描點(diǎn)作圖，得出彈簧彈力與其長(zhǎng)度之間的圖像如圖所示(1)由圖像可以得出該圖線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為f30l1.8.(2)圖線與橫軸的交點(diǎn)表示彈簧所受彈力f0時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為6 cm，即彈簧的原長(zhǎng)(3)圖像的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，即k30 n/m.(4)圖線延長(zhǎng)后與縱軸的交點(diǎn)表示彈

15、簧長(zhǎng)度為5 cm時(shí)的彈力，此時(shí)彈簧被壓縮了1 cm，即表示彈簧被壓縮1 cm時(shí)的彈力為0.3 n.答案圖像見(jiàn)解析圖(1)30l1.8(2)彈簧所受彈力f0時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為6 cm，即彈簧的原長(zhǎng)(3)30(4)彈簧被壓縮1 cm時(shí)的彈力為0.3 n5某同學(xué)用如圖所示裝置做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，同時(shí)測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(g取9.8 m/s2)鉤碼質(zhì)量m/(102g)01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/(102 m)15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在如圖所示坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的