【课件】实验：探究弹簧弹力与形变量的关系（课件）（人教版2019必修第一册）.pptx

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系第2章目 录CONTENTS实验目的与原理01实验器材与步骤02误差分析03通通过过前前面面的的学学习习我我们们知知道道，胡胡克克通通过过实实验验找找到到了了弹弹簧簧弹弹力力与与形形变变量量的的关关系系：F=kx。我我们们是是不不是是也也可可以以通通过过实实验验找找到到这这个个规规律律，并并能能测出弹簧的劲度系数呢？测出弹簧的劲度系数呢？01实验目的与原理(1)(1)探究探究弹弹簧的簧的弹弹力与力与弹弹簧伸簧伸长长量的定量关系。量的定量关系。(2)(2)学会学会用列表法、用列表法、图图像法、函数法像法、函数法处处理理实验实验数据。数据。(3)(3)验证验证胡克定律胡克定律 F=kxF=kx。1.实验目的2.实验原理（1）如图所示，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的重力大小 .相等（2）弹簧的长度可用 直接测出，伸长量可以由伸长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。刻度尺（3）求弹簧的劲度系数弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数kF/x，即为弹簧的劲度系数；另外，在Fx图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。1.(多选)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，以下说法正确的是A.在弹簧下端挂钩码时，不能挂太多钩码，以保证弹簧处于弹性限度内B.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量C.弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上，刻度尺应竖直固定在弹簧附近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 之比均相等2.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，弹簧弹力的大小为F，弹簧的形变量(伸长量或压缩量)为x，下列说法正确的是A.实验中劲度系数k的具体数值只能用逐个计算的方法求出来，而没有 其他的方法B.如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度l代替x，Fl图线也是一条过原 点的直线C.利用Fx图线可求出弹簧的劲度系数kD.实验时要把所有点连到线上，才能探索得到真实规律02实验器材与步骤铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、铅笔、坐标纸.1.实验器材(1)按实验原理图安装实验装置，记下弹簧 时下端所对应的刻度l0.(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力.(3增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x表示弹簧的伸长量.自由下垂ll01234567F/N00.51.01.52.02.53.0l/cm6.07.08.09.010.011.012.0 x/cm01.02.03.04.05.06.02.实验步骤(4)记录数据（1）建立如图所示的直角坐标系，以弹簧的弹力F为纵轴、以弹簧伸长量x为横轴，根据测量数据在坐标纸上描点，作出Fx图像。（2）以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。（3）得出弹簧弹力和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。3.数据处理问题：实验时要注意哪些问题？问题：实验时要注意哪些问题？尽量尽量选轻质弹簧选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响以减小弹簧自身重力带来的影响实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度避免超出弹簧的弹性限度测测量量长长度度时时，应应区区别别弹弹簧簧原原长长l0、实实际际长长度度l及及形形变变量量x三三者者之之间间的的不不同同，明明确确三三者者之之间间的的关关系系为为了了减减小小弹弹簧簧自自身身重重力力带带来来的的影影响响，测测弹弹簧簧原原长长时时应应让让弹弹簧簧在在不不挂挂钩钩码码时时保保持持自自由由下下垂垂状状态态，而而不不是是平平放放在在水水平平面面上上处处于于自自然伸长状态然伸长状态描描点点作作图图时时，应应使使尽尽量量多多的的点点落落在在画画出出的的线线上上，可可允允许许少少数数点点均均匀匀分分布布于于线线两侧，偏离太大的点应舍去，两侧，偏离太大的点应舍去，描出的描出的线应线应是平滑的是平滑的曲线曲线记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位例例1.如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系弹力与弹簧伸长量的关系(1)为完成实验，还需要的实验器材有为完成实验，还需要的实验器材有_ (2)实验中需要测量的物理量实验中需要测量的物理量_(3)图乙是弹簧弹力图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x的的Fx图线，由图线，由 此可求出弹簧的劲度系数为此可求出弹簧的劲度系数为_N/m.图线不过原点是由于图线不过原点是由于_刻度尺刻度尺弹簧原长、弹簧所受弹簧原长、弹簧所受外力外力及及对应的对应的长度长度200弹簧弹簧自身自身有有重力重力(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：为完成该实验，设计实验步骤如下：A以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接对应的点，并用平滑的曲线连接起来；起来；B记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上依次在弹簧下端挂上1个、个、2个、个、3个、个、4个、个、钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式首先尝试写成一次函数，如果不行，以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；则考虑二次函数；F解释函数表达式中常数的物理意义；解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器整理仪器请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_C B D A E F G3.某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验.(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量为_cm.6.93(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_.(填选项前的字母)A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量A4.用如图甲所示的装置来探究胡克定律.轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接，右端在水平拉力F的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长，弹簧与水平面不接触，通过刻度尺可以读出弹簧的伸长量x，通过拉力传感器可以读出拉力F，多次测量F、x，作出Fx图像如图乙所示，回答下列问题：(1)当弹力增大到一定程度时，图像变弯曲，原因是_；弹簧形变量超出弹簧的弹性限度(2)弹簧的劲度系数为_；(3)弹簧的伸长量分别为x2和x1时，拉力传感器的示数之差为_.03误 差分 析1.1.偶然偶然误误差差：是由各种偶然因素是由各种偶然因素对实验对实验者、者、测测量量仪仪器、被器、被测测物理量的物理量的影响而影响而产产生的。生的。偶然偶然误误差差总总是有是有时时偏大，有偏大，有时时偏小，并且偏大偏小的概率相同。偏小，并且偏大偏小的概率相同。因此，可以多因此，可以多进进行几次行几次测测量，求出几次量，求出几次测测得的数得的数值值的平均的平均值值，这这个平个平均均值值比一次比一次测测得的数得的数值值更接近于真更接近于真实值实值。因此因此，可以用求平均，可以用求平均值值的方法来减小偶然的方法来减小偶然误误差。差。2.2.系系统误统误差差是由于是由于仪仪器本身不精确，或器本身不精确，或实验实验方法粗略，或方法粗略，或实验实验原理不原理不完善而完善而产产生的。生的。系系统误统误差的特点是在多次重做同一差的特点是在多次重做同一实验时实验时，误误差差总总是同是同样样的偏大或偏的偏大或偏小，不会出小，不会出现这现这几次偏大另几次偏小的情况。要减小系几次偏大另几次偏小的情况。要减小系统误统误差，必差，必须须校准校准测测量量仪仪器，改器，改进实验进实验方法，方法，设计设计在原理上更在原理上更为为完善的完善的实验实验。5.在“探究弹簧弹力与形变量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度(1)有一个同学把通过以上实验测量得到的6组数据描点在如图坐标系中，请作出FL图线(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数k_ N/m.(3)该同学实验时把弹簧水平放置，与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_，缺点在于：_.可以避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差520谢 谢 各 位 的 聆 听！