【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(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3)測量彈簧彈簧的勁度系數(shù)。F＝kx實(shí)驗(yàn)原理1．測量彈力：2．測量伸長量：3．處理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)器材輕彈簧、鉤碼(一盒)、刻度尺、鐵架臺、三角板、鉛垂線、坐標(biāo)紙。實(shí)驗(yàn)步驟1．按如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(biāo)值不準(zhǔn)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(zhǔn)確固定刻度尺,多次測量描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確坐標(biāo)軸的標(biāo)度盡量大些,盡量多的點(diǎn)落在線上或均勻分布于線的兩側(cè)(1)本實(shí)驗(yàn)中對所掛鉤碼重力有什么要求?(2)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(diǎn)畫線時,所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)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(shí)驗(yàn),除了圖中提供的實(shí)驗(yàn)器材,你還需要的實(shí)驗(yàn)器材有:

、

。

(2)實(shí)驗(yàn)中你需要測量的物理量有

、

。

(3)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計的實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組對應(yīng)的點(diǎn),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(dá)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(shí)驗(yàn)開始時你將圖中的指針從P位置往下挪到Q,其余實(shí)驗(yàn)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