新教材物理粤教版必修一-第2课时-实验：探究弹簧弹力与形变量的关系课件.ppt

第第2课时实验：探究弹簧弹力与形变量的关系课时实验：探究弹簧弹力与形变量的关系学习目标要求学习目标要求核心素养和关键能力核心素养和关键能力1.探究探究弹弹簧簧弹弹力与形力与形变变量的量的关系。关系。2.学会利用学会利用图图像研究两个物像研究两个物理量之理量之间间关系的方法。关系的方法。1.科学探究科学探究能提出能提出弹弹力与形力与形变变量关系的猜想假量关系的猜想假设设，并，并设计实验设计实验方案，方案，定量探究定量探究弹弹力与形力与形变变量之量之间间的关系、的关系、验证验证假假设设。2.关键能力关键能力实验实验探究能力。探究能力。一、实验目的：探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验目的：探究弹簧弹力与形变量的关系二、实验原理：二、实验原理：二力平衡二力平衡三、实验器材三、实验器材铁铁架台、架台、弹弹簧、毫米刻度尺、簧、毫米刻度尺、钩码钩码若干、三角板、坐若干、三角板、坐标纸标纸、重垂、重垂线线。四、实验步骤四、实验步骤1.如如图图所示，将所示，将铁铁架台放在桌面上架台放在桌面上(固定好固定好)，将，将弹弹簧的一端固定于簧的一端固定于铁铁架台的横梁上。架台的横梁上。2.记记下下弹弹簧下端不挂簧下端不挂钩码时钩码时所所对应对应的刻度的刻度l0，即，即弹弹簧的原簧的原长长。3.在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上钩钩码码，待待钩钩码码静静止止时时测测出出弹弹簧簧的的长长度度l，求求出出弹弹簧簧的的伸伸长长量量x和和所所受受的外力的外力F(等于所挂等于所挂钩码钩码的重力的重力)。4.改改变变所所挂挂钩钩码码的的数数量量，重重复复上上述述实实验验，将将所所测测数数据据填填写写在在下下列列表表格格中中，记记录录表表：弹弹簧原簧原长长l0_cm。次数次数内容内容123456拉力拉力F/N弹弹簧簧总长总长/cm弹弹簧伸簧伸长长/cm5.做出弹力与形变量的图像做出弹力与形变量的图像五、数据处理五、数据处理1.以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点。以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点。2.按按照照图图中中各各点点的的分分布布与与走走向向，作作出出一一条条平平滑滑的的图图线线。所所画画的的点点不不一一定定正正好好都都在在这这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同。条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同。3.以以弹弹簧簧的的伸伸长长为为自自变变量量，写写出出图图线线所所代代表表的的函函数数表表达达式式，并并解解释释函函数数表表达达式式中中常常数的物理意义。数的物理意义。六、误差分析六、误差分析1.钩码标值钩码标值不准确，不准确，弹弹簧簧长长度度测测量不准确量不准确带带来来误误差。差。2.画画图时图时描点及描点及连线连线不准确也会不准确也会带带来来误误差。差。【例例1】如如图图甲甲所所示示，用用铁铁架架台台、弹弹簧簧和和多多个个已已知知质质量量且且质质量量相相等等的的钩钩码码探探究究在在弹弹性性限度内限度内弹弹簧簧弹弹力与力与弹弹簧伸簧伸长长量的关系。量的关系。探究探究科学探究之科学探究之实验实验操作操作(1)为为完成完成实验实验，还还需要的需要的实验实验器材有：器材有：_。(2)实验实验中需要中需要测测量的物理量有：量的物理量有：_。(3)图图乙乙是是弹弹簧簧弹弹力力F与与弹弹簧簧伸伸长长量量x的的Fx图图线线，由由此此可可求求出出弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_N/m。图线图线不不过过原点的原因是由于原点的原因是由于_。(4)为为完成完成该实验该实验，设计设计的的实验实验步步骤骤如下：如下：A.以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为横横坐坐标标，以以弹弹力力为为纵纵坐坐标标，描描出出各各组组(x，F)对对应应的的点点，并并用用平平滑滑的直的直线连线连接起来；接起来；B.记记下下弹弹簧不挂簧不挂钩码时钩码时其下端在刻度尺上的刻度其下端在刻度尺上的刻度l0；C.将将铁铁架架台台固固定定于于桌桌子子上上，并并将将弹弹簧簧的的一一端端系系于于横横梁梁上上，在在弹弹簧簧附附近近竖竖直直固固定定一一把把刻度尺；刻度尺；D.依依次次在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上1个个、2个个、3个个、4个个钩钩码码，并并分分别别记记下下钩钩码码静静止止时时弹弹簧簧下端所下端所对应对应的刻度，并的刻度，并记录记录在表格内，然后取下在表格内，然后取下钩码钩码；E.以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出弹弹力力与与伸伸长长量量的的关关系系式式。首首先先尝尝试试写写成成一一次次函函数数，如果不行，如果不行，则则考考虑虑二次函数；二次函数；F.解解释释函数表达式中常数的物理意函数表达式中常数的物理意义义；G.整理整理仪仪器。器。请请将以上步将以上步骤骤按操作的先后按操作的先后顺顺序排列出来：序排列出来：_。解析解析(1)根据实验原理可知还需要用刻度尺来测量弹簧原长和形变量。根据实验原理可知还需要用刻度尺来测量弹簧原长和形变量。(2)根根据据实实验验原原理理，实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有弹弹簧簧的的原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸长量伸长量(或与弹簧对应的长度或与弹簧对应的长度)。(3)取取图图像像中中(0.5，0)和和(3.5，6)两两个个点点，代代入入Fkx可可得得k200N/m，由由于于弹弹簧簧自自重重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量。的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG。答答案案(1)刻刻度度尺尺(2)弹弹簧簧原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长量量(或或与与弹弹簧簧对对应应的的长长度度)(3)200由于由于弹弹簧自重的原因，使得簧自重的原因，使得弹弹簧不加外力簧不加外力时时就有形就有形变变量量(4)CBDAEFG针针对对训训练练1下下列列关关于于“探探究究弹弹簧簧弹弹力力和和伸伸长长量量的的关关系系”实实验验的的说说法法中中正正确确的的是是()A.实验实验中中k的具体数的具体数值值必必须计须计算出来算出来B.如如果果没没有有测测出出弹弹簧簧原原长长，用用弹弹簧簧长长度度L代代替替x，FL图图线线也也是是过过原原点点的的一一条条直直线线C.利用利用Fx直直线线可求出可求出k值值D.实验时实验时要把所有点要把所有点连连到到线线上，才能得到真上，才能得到真实规实规律律解解析析“探探究究弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系”实实验验中中利利用用Fx图图线线可可求求出出k值值，但但不不一一定定要要求求解解出出k值值，实实验验中中用用弹弹簧簧长长度度L代代替替x，FL图图线线不不是是过过原原点点的的一一条条直直线线，作图时绝大多数点落在直线上，偏离较大的点舍去，作图时绝大多数点落在直线上，偏离较大的点舍去，C项正确。项正确。答案答案C【例例2】(1)某某次次研研究究弹弹簧簧所所受受弹弹力力F与与弹弹簧簧长长度度L关关系系实实验验时时，得得到到如如图图甲甲所所示示的的FL图图像像，由由图图像像可可知知：弹弹簧簧原原长长L0_cm，求求得得弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数k_N/m。探究探究科学探究之科学探究之实验设计实验设计(2)按按如如图图乙乙的的方方式式挂挂上上钩钩码码(已已知知每每个个钩钩码码重重G1N)，使使(1)中中研研究究的的弹弹簧簧压压缩缩，稳稳定定后后指指针针指指示示如如图图乙乙所所示示，则则指指针针所所指指刻刻度度尺尺示示数数为为_cm。由由此此可可推推测测图图乙中所挂乙中所挂钩码钩码的个数的个数为为_个。个。解析解析(1)由胡克定律由胡克定律Fk(LL0)，结合题图甲中数据得，结合题图甲中数据得L03.0cm，k200N/m。(2)由由题题图图乙乙知知指指针针所所指指刻刻度度为为1.50cm，由由Fk(L0L)，可可求求得得此此时时弹弹力力为为F3N，故所挂钩码的个数为，故所挂钩码的个数为3个。个。答案答案(1)3.0200(2)1.503针对训练针对训练2某同学探究某同学探究弹弹力与力与弹弹簧伸簧伸长长量的关系。量的关系。(1)将将弹弹簧簧悬悬挂挂在在铁铁架架台台上上，将将刻刻度度尺尺固固定定在在弹弹簧簧一一侧侧，弹弹簧簧轴轴线线和和刻刻度度尺尺都都应应在在_方向方向(填填“水平水平”或或“竖竖直直”)。(2)弹弹簧簧自自然然悬悬挂挂，待待弹弹簧簧_时时，长长度度记记为为L0，弹弹簧簧下下端端挂挂上上砝砝码码盘盘时时，长长度度记为记为Lx。在砝在砝码盘码盘中每次增加中每次增加10g砝砝码码，弹弹簧簧长长度依次度依次记为记为L1至至L6，数据如下表：，数据如下表：代表符号代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数数值值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表表中中有有一一个个数数值值记记录录不不规规范范，代代表表符符号号为为_。由由表表可可知知所所用用刻刻度度尺尺的的最最小小分分度度为为_。(3)如如图图所所示示是是该该同同学学根根据据表表中中数数据据作作的的图图，纵纵轴轴是是砝砝码码的的质质量量，横横轴轴是是弹弹簧簧长长度度与与_的差的差值值(填填“L0”或或“Lx”)。(4)由由图图可可知知弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_N/m，通通过过图图和和表表可可知知砝砝码码盘盘的的质质量量为为_g(结结果保留果保留2位有效数字，重力加速度取位有效数字，重力加速度取g9.8m/s2)。解析解析(1)实验器材应竖直放置。实验器材应竖直放置。(2)待待弹弹簧簧静静止止时时测测量量其其长长度度。L3数数值值与与其其他他数数值值的的有有效效数数字字不不同同，因因此此该该数数值值记记录录不不规规范范。由由表表中中数数值值保保留留到到小小数数点点后后两两位位(0.01cm)，可可知知测测量量仪仪器器应应为为毫毫米米刻刻度度尺尺，最小分度为最小分度为1mm。(3)横轴表示弹簧的形变量，因此应是弹簧长度与横轴表示弹簧的形变量，因此应是弹簧长度与Lx的差值。的差值。答案答案(1)竖直竖直(2)静止静止L31mm(3)Lx(4)4.910例例3用用如如图图所所示示的的实实验验装装置置“研研究究弹弹簧簧的的弹弹力力与与形形变变量量之之间间的的关关系系”。轻轻弹弹簧簧上上端端固固定定一一个个力力传传感感器器，然然后后固固定定在在铁铁架架台台上上，当当用用手手向向下下拉拉伸伸弹弹簧簧时时，弹弹簧簧的的弹弹力力可可从从传传感感器器读读出出。用用刻刻度度尺尺可可以以测测量量弹弹簧簧原原长长和和伸伸长长后后的的长长度度，从从而而确确定定伸伸长长量量。测测量数据如表所示：量数据如表所示：探究探究科学探究之科学探究之实验创实验创新新伸伸长长量量x/(102m)2.004.006.008.0010.00弹弹力力F/N1.502.934.555.987.50(1)以以x为为横横坐坐标标，F为为纵纵坐坐标标，在在如如图图的的坐坐标标纸纸上上描描绘绘出出能能够够正正确确反反映映弹弹力力与与伸伸长长量量关系的关系的图线图线。(2)由由图线图线求得求得该弹该弹簧的簧的劲劲度系数度系数为为_。(结结果保留果保留2位有效数字位有效数字)解析解析横轴表示伸长量横轴表示伸长量x，纵轴表示弹力，纵轴表示弹力F，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，图像斜率代表弹簧劲度系数。图像斜率代表弹簧劲度系数。答案答案(1)如图所示如图所示(2)75N/m