實(shí)驗(yàn) 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件 新人教版必修1

1、實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系彈力和彈簧的伸長(zhǎng)有什么關(guān)系呢？彈力和彈簧的伸長(zhǎng)有什么關(guān)系呢？ (1)(1)彈力大小與彈簧長(zhǎng)度成正比；彈力大小與彈簧長(zhǎng)度成正比； (2)(2)彈力大小與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比；彈力大小與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比； (3)(3)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量的平方成正比。彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量的平方成正比?！具M(jìn)行猜想【進(jìn)行猜想】 為了驗(yàn)證哪種猜測(cè)是對(duì)的，需要測(cè)量什么量？為了驗(yàn)證哪種猜測(cè)是對(duì)的，需要測(cè)量什么量？彈力和彈簧的伸長(zhǎng)量各是怎樣測(cè)量的？應(yīng)該選用彈力和彈簧的伸長(zhǎng)量各是怎樣測(cè)量的？應(yīng)該選用哪些實(shí)驗(yàn)器材？實(shí)驗(yàn)步驟怎樣？怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處哪些實(shí)驗(yàn)器材？實(shí)驗(yàn)步驟怎樣？

2、怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理？應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)？理？應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)？思考思考1.1.探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。2.2.掌握利用圖像研究?jī)蓚€(gè)物理量之間關(guān)系的方法。掌握利用圖像研究?jī)蓚€(gè)物理量之間關(guān)系的方法。( (重點(diǎn)重點(diǎn)) )1.1.如圖所示如圖所示, ,在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng)會(huì)伸長(zhǎng), ,平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等碼的重力大小相等. .2.2.彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出, ,伸長(zhǎng)伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來的長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算度

3、進(jìn)行計(jì)算. .這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了. .【實(shí)驗(yàn)原理【實(shí)驗(yàn)原理】鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆. . 【實(shí)驗(yàn)器材【實(shí)驗(yàn)器材】1.1.將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上, ,讓其讓其自然下垂自然下垂, ,用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0 0, ,即原長(zhǎng)即原長(zhǎng). .2.2.如圖所示如圖所示, ,在彈簧下端掛質(zhì)量為在彈簧下端掛質(zhì)量為m m1 1的鉤碼，量出此時(shí)彈簧的

4、長(zhǎng)度的鉤碼，量出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1 1，記，記錄錄m m1 1和和l1 1，填入自己設(shè)計(jì)的表格中，填入自己設(shè)計(jì)的表格中. .【實(shí)驗(yàn)步驟【實(shí)驗(yàn)步驟】鉤碼個(gè)數(shù)鉤碼個(gè)數(shù)長(zhǎng)度長(zhǎng)度伸長(zhǎng)量伸長(zhǎng)量x x彈力彈力F F0 0l0 0= =1 1l1 1= =x x1 1= =l1 1- -l0 0F F1 1= =2 2l2 2= =x x2 2= =l2 2- -l0 0F F2 2= =3 3l3 3= =x x3 3= =l3 3- -l0 0F F3 3= =.3.3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量改變所掛鉤碼的質(zhì)量, ,量出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度量出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度, ,記錄記錄m m2 2、m m3 3、m m4 4、

5、m m5 5和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2 2、l3 3、l4 4、l5 5, ,并得并得出每次彈簧的伸長(zhǎng)量出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x x1 1、x x2 2、x x3 3、x x4 4、x x5 5. .1.1.以彈力以彈力F(F(大小等于所掛鉤碼的重力大小等于所掛鉤碼的重力) )為縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo), ,以以彈簧的伸長(zhǎng)量彈簧的伸長(zhǎng)量x x為橫坐標(biāo)為橫坐標(biāo), ,用描點(diǎn)法作圖用描點(diǎn)法作圖. .連接各點(diǎn)連接各點(diǎn), ,得出彈力得出彈力F F隨彈簧伸長(zhǎng)量隨彈簧伸長(zhǎng)量x x變化的圖線變化的圖線. .2.2.以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量，寫出曲線所代表的函以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)數(shù). .首先嘗

6、試一次函數(shù)首先嘗試一次函數(shù), ,如果不行則考慮二次函數(shù)如果不行則考慮二次函數(shù). .3.3.得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)之間的定量關(guān)系得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)之間的定量關(guān)系, ,解釋函數(shù)解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義表達(dá)式中常數(shù)的物理意義. .【數(shù)據(jù)處理【數(shù)據(jù)處理】在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F F的大小與彈簧的伸長(zhǎng)的大小與彈簧的伸長(zhǎng)( (或縮短或縮短) )量量 x x 成正比。即成正比。即F=kxF=kx1.1.式中比例系數(shù)式中比例系數(shù)k k稱為彈簧的勁度系數(shù)。稱為彈簧的勁度系數(shù)。2.2.不同的彈簧，其勁度系數(shù)一般是不同的。不同的彈簧，其勁度系數(shù)一般是不同的。3.3.影響影響k k的因素：材料

7、、粗細(xì)、長(zhǎng)度、匝數(shù)的因素：材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度、匝數(shù)4.4.胡克定律通常用來計(jì)算彈簧彈力的大小。胡克定律通常用來計(jì)算彈簧彈力的大小。【實(shí)驗(yàn)結(jié)論【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】1.1.彈簧拉力大小的不穩(wěn)定會(huì)造成誤差彈簧拉力大小的不穩(wěn)定會(huì)造成誤差. .因此因此, ,使使彈簧的懸掛端固定彈簧的懸掛端固定, ,另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對(duì)彈簧的拉力對(duì)彈簧的拉力, ,待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實(shí)驗(yàn)的待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度. .2.2.盡量精確地測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度，也是減小實(shí)驗(yàn)盡量精確地測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度，也是減小實(shí)驗(yàn)誤差的基本方法誤差的基本方法. .3.3.描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確會(huì)造成誤差描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確

8、會(huì)造成誤差. . 【誤差分析【誤差分析】1.1.所掛鉤碼不要過重所掛鉤碼不要過重, ,以免彈簧被過分拉伸以免彈簧被過分拉伸, ,超出它超出它的彈性限度的彈性限度. .要注意觀察要注意觀察, ,適可而止適可而止. .2.2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些, ,從而使坐標(biāo)從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)的間距盡可能大上描的點(diǎn)的間距盡可能大, ,這樣作出的圖線更精確這樣作出的圖線更精確. .3.3.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí), ,一定要在彈簧豎直懸掛且處于平一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量, ,以免增大誤差以免增大誤差. .【注意事項(xiàng)【注意事項(xiàng)】4.4.描點(diǎn)畫線時(shí)描

9、點(diǎn)畫線時(shí), ,所描的點(diǎn)不一定都落在曲線上所描的點(diǎn)不一定都落在曲線上, ,但應(yīng)但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè). .5.5.記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位及單位. . 在物理學(xué)中經(jīng)常用圖像處理物理問題，應(yīng)用圖在物理學(xué)中經(jīng)常用圖像處理物理問題，應(yīng)用圖像的好處是直觀、方便，根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)軸像的好處是直觀、方便，根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)軸的標(biāo)度是作好圖像的關(guān)鍵的標(biāo)度是作好圖像的關(guān)鍵. .作圖像的方法是：作圖像的方法是：用平用平滑的曲線滑的曲線( (或直線或直線) )將坐標(biāo)紙上的各點(diǎn)連結(jié)起來，若將坐

10、標(biāo)紙上的各點(diǎn)連結(jié)起來，若是直線，應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè)，是直線，應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè)，偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄，有時(shí)可以通過改變物理偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄，有時(shí)可以通過改變物理量的方法，把曲線變?yōu)橹本€，使圖像更直觀量的方法，把曲線變?yōu)橹本€，使圖像更直觀. .【方法技巧【方法技巧】【典例【典例1 1】一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在】一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a a和和b b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖像如圖所示，下列，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖像如圖所示，下列表述正確的是表述正確的是( )

11、( )A.aA.a的原長(zhǎng)比的原長(zhǎng)比b b的長(zhǎng)的長(zhǎng)B.aB.a的勁度系數(shù)比的勁度系數(shù)比b b的大的大C.aC.a的勁度系數(shù)比的勁度系數(shù)比b b的小的小D.D.測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比B B【典例【典例2 2】某同學(xué)用如圖所示裝置做探究某同學(xué)用如圖所示裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn). .他先測(cè)他先測(cè)出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度度, ,然后在彈簧下端掛上砝碼然后在彈簧下端掛上砝碼, ,并逐個(gè)增加并逐個(gè)增加砝碼砝碼, ,測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度, ,所得數(shù)據(jù)所得數(shù)據(jù)列表

12、如下列表如下:(:(重力加速度重力加速度g=9.8 m/sg=9.8 m/s2 2) ) (1)(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù), ,在坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅脑谧鴺?biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度標(biāo)尺刻度x x與砝碼質(zhì)量與砝碼質(zhì)量m m的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線. .砝碼質(zhì)量砝碼質(zhì)量m m/ /10102 2 g g0 01.001.002.002.003.003.004.004.005.005.006.006.007.007.00標(biāo)尺刻度標(biāo)尺刻度x x/ /1010-2-2 m m15.0015.0018.9418.9422.8222.8226.7826.7830.6630.6634.6034.6

13、042.0042.0054.5054.50(2)(2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷, ,在在_范圍內(nèi)范圍內(nèi), ,彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律律. .這種規(guī)格彈簧勁度系數(shù)為這種規(guī)格彈簧勁度系數(shù)為_N/m._N/m.【解題指導(dǎo)【解題指導(dǎo)】(1)(1)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，然后根據(jù)各點(diǎn)的分布與走向在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，然后根據(jù)各點(diǎn)的分布與走向, ,用平滑的曲線用平滑的曲線( (或直線或直線) )連接各點(diǎn)連接各點(diǎn). .(2)(2)滿足胡克定律的應(yīng)是圖形中的直線部分滿足胡克定律的應(yīng)是圖形中的直線部分. . 解析解析: :(1)(1)如圖所

14、示如圖所示 (2)(2)根據(jù)圖形可以看出，當(dāng)根據(jù)圖形可以看出，當(dāng)m5.00m5.0010102 2 g= g=0.5 kg0.5 kg時(shí)時(shí), ,標(biāo)尺刻度標(biāo)尺刻度x x與砝碼質(zhì)量與砝碼質(zhì)量m m成一次函數(shù)關(guān)系成一次函數(shù)關(guān)系, ,所以當(dāng)所以當(dāng)F=mg4.9 NF=mg4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律系滿足胡克定律. .圖線斜率的大小在數(shù)值上等于彈簧的勁度系數(shù)圖線斜率的大小在數(shù)值上等于彈簧的勁度系數(shù)k,k,則則k=25 N/m.k=25 N/m.答案答案: :(1)(1)見解析見解析 (2)0(2)04.9 N 25 4.9 N 25 1.1.知道了在彈性

15、限度內(nèi)，彈簧彈力知道了在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F F的大小與彈簧的大小與彈簧的伸長(zhǎng)的伸長(zhǎng)( (或縮短或縮短) )量量x x成正比成正比2.2.學(xué)習(xí)了利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)了利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). .1.1.在在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，以實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是下說法正確的是( ( ) )A A彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度B B用增加懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證用增加懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C C用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量用

16、直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D D用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)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)量之比相等量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等ABAB2.2.某同學(xué)在做某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中中, ,他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng)他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng), ,用直尺測(cè)用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)出彈簧的原長(zhǎng)l0 0, ,再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度l, ,把把l- -l0 0作為彈簧的伸長(zhǎng)量作為彈簧的伸長(zhǎng)量x.x.這樣操作這樣操

17、作, ,由于彈簧自身重力的影響由于彈簧自身重力的影響, ,最后畫出的圖線最后畫出的圖線可能是下圖中的哪一個(gè)可能是下圖中的哪一個(gè)( )( )C C提示：提示：由于考慮由于考慮彈簧自身重力的彈簧自身重力的影響影響, ,當(dāng)不掛鉤碼當(dāng)不掛鉤碼時(shí)時(shí), ,彈簧的伸長(zhǎng)量彈簧的伸長(zhǎng)量x0 x03.3.做做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟的實(shí)驗(yàn)步驟如下：如下：A.A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo), ,以彈力為縱坐標(biāo)以彈力為縱坐標(biāo), ,描出各描出各組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)(x,F(x,F) )對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn), ,并用平滑的曲線連接起來；并用平滑的曲線連接起來；B.B.記下彈簧不

18、掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度L L0 0；C.C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上將鐵架臺(tái)固定于桌子上( (也可在橫梁的另一側(cè)掛上也可在橫梁的另一側(cè)掛上一定的配重一定的配重),),并將彈簧的一端系于橫梁上并將彈簧的一端系于橫梁上, ,在彈簧附在彈簧附近豎直固定一刻度尺；近豎直固定一刻度尺；D.D.依次在彈簧下端掛上依次在彈簧下端掛上2 2個(gè)、個(gè)、3 3個(gè)、個(gè)、4 4個(gè)個(gè)鉤碼鉤碼, ,并分并分別記下鉤碼靜止時(shí)別記下鉤碼靜止時(shí), ,彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)在表格內(nèi), ,然后取下鉤碼；然后取下鉤碼； E.E.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量, ,寫出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)寫出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù), ,如果不行則考慮二如果不行則考慮二次函數(shù)；次函數(shù)；F.F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常