【课件】科学探究：弹力 课件-2022-2023学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册.pptx

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1、（第二课时）探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系3.2科学探究科学探究：弹力弹力探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系01学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据02学习目标对于同一弹性材料，由于形变程度不同，弹力大小也不同。弹力和形变有怎样的关系呢？下面我们通过实验来探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。一一、实验目的实验目的1 探 究 弹 簧 伸 长 量 与 弹 力 之 间 的 关 系探 究 弹 簧 伸 长 量 与 弹 力 之 间 的 关 系。2 学 会 利 用 列 表 法学 会 利 用 列 表 法、图 象 法图 象 法、函 数 法 处 理 实 验 数 据函 数 法 处 理 实 验 数 据。二二、实验

2、原理实验原理1 用 悬 挂 法 测 量 弹 簧 的 弹 力用 悬 挂 法 测 量 弹 簧 的 弹 力 F弹 簧 下 端 悬 挂 的 钩 码 静 止 时弹 簧 下 端 悬 挂 的 钩 码 静 止 时，弹 力 大 小 与 所 挂 的 钩 码 的 重 力 相 等弹 力 大 小 与 所 挂 的 钩 码 的 重 力 相 等，即即 F m g.2 测 出 弹 簧 的 伸 长 量测 出 弹 簧 的 伸 长 量 x，弹 簧 的 原 长弹 簧 的 原 长 l0与 挂 上 钩 码 后 弹 簧 的 长 度与 挂 上 钩 码 后 弹 簧 的 长 度 l可 以 用 刻 度 尺 测 出可 以 用 刻 度 尺 测 出，其

3、伸 长 量其 伸 长 量 x l l0.二二、实验原理实验原理3 探 究 弹 力 和 弹 簧 伸 长 量 的 关 系探 究 弹 力 和 弹 簧 伸 长 量 的 关 系建 立 坐 标 系建 立 坐 标 系，以 纵 坐 标 表 示 弹 力 大 小以 纵 坐 标 表 示 弹 力 大 小 F，以 横 坐 标 表 示 弹 簧 的 伸以 横 坐 标 表 示 弹 簧 的 伸长 量长 量 x，在 坐 标 系 中 描 出 实 验 所 测 得 的 各 组在 坐 标 系 中 描 出 实 验 所 测 得 的 各 组(x，F)对 应 的 点对 应 的 点，用 平 滑 的 曲 线 连 接 起 来用 平 滑 的 曲 线 连

4、 接 起 来，根 据 实 验 所 得 的 图 线根 据 实 验 所 得 的 图 线，就 可 探 知 弹 力 和就 可 探 知 弹 力 和弹 簧 伸 长 量 的 关 系弹 簧 伸 长 量 的 关 系 三三、实验器材实验器材 铁 架 台铁 架 台、下 端 带 挂 钩 的 弹 簧下 端 带 挂 钩 的 弹 簧、钩 码钩 码、刻 度 尺刻 度 尺、坐 标 纸坐 标 纸四四、实验步骤实验步骤 1 如 图如 图 1 所 示所 示，将 弹 簧 上 端 固 定 在 铁 架 台 上将 弹 簧 上 端 固 定 在 铁 架 台 上，在 弹 簧 旁 边在 弹 簧 旁 边固 定 一 刻 度 尺固 定 一 刻 度 尺，刻

5、 度 尺 的 零 刻 度 线 与 弹 簧 的 上 端 重 合刻 度 尺 的 零 刻 度 线 与 弹 簧 的 上 端 重 合。读读出 弹 簧 的 原 长出 弹 簧 的 原 长 l0填 入 下 表填 入 下 表。图图 12 在 弹 簧 下 挂 一 个 钩 码在 弹 簧 下 挂 一 个 钩 码，测 出 弹 簧 的 总 长 度测 出 弹 簧 的 总 长 度 l 1.然 后 再 在 弹 簧然 后 再 在 弹 簧下 挂 一 个 钩 码下 挂 一 个 钩 码，测 出 弹 簧 的 总 长 度测 出 弹 簧 的 总 长 度 l 2 将 各 次 弹 簧 总 长 度 计将 各 次 弹 簧 总 长 度 计入 下 表

6、相 应 的 表 格 内入 下 表 相 应 的 表 格 内。3 根 据 每 个 钩 码 的 质 量 计 算 出 其 重 力根 据 每 个 钩 码 的 质 量 计 算 出 其 重 力 弹 簧 的 弹 力 的 大 小 等 于弹 簧 的 弹 力 的 大 小 等 于所 挂 钩 码 的 重 力所 挂 钩 码 的 重 力，即即 F 1 m g、F 2 2 m g、F 3 3 m g 将将各 次 弹 簧 弹 力 大 小 填 入 下 表 相 应 表 格 内各 次 弹 簧 弹 力 大 小 填 入 下 表 相 应 表 格 内。实验次数1234567拉力F/N弹簧总长度l/cm弹簧伸长x/cm弹簧原长l0/cm五五、

7、数据处理数据处理1 图 像 法图 像 法：以 弹 力以 弹 力 F(大 小 等 于 所 挂 钩 码 的 重 力大 小 等 于 所 挂 钩 码 的 重 力)为 纵 坐 标为 纵 坐 标，以以弹 簧 的 伸 长 量弹 簧 的 伸 长 量 x 为 横 坐 标为 横 坐 标，用 描 点 法 作 图用 描 点 法 作 图 连 接 各 点连 接 各 点，得 出 弹 力得 出 弹 力F 随 弹 簧 伸 长 量随 弹 簧 伸 长 量 x 变 化 的 图 线变 化 的 图 线 可 以 发 现可 以 发 现 F x 图 线 是 一 条 过 原 点图 线 是 一 条 过 原 点的 直 线的 直 线。2函数法：弹力F

8、与弹簧的伸长量x应满足函数Fkx的关系。六六、误差分析误差分析七七、注意事项注意事项1所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度。2每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。3测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量。4记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。5尽量选用轻质弹簧以减小自身重力的影响。练习：实验探究1实验器材和步骤某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。图2图2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l为_cm；本实验通过在

9、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图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_。【解析】弹簧伸长后的总长度为14.66 cm，则伸长量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm.逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧AB段明显偏离OA，伸长量l不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度

10、造成的【答案】6.93A弹簧受到的拉力超过了其弹性限度实验探究2实验数据的处理在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图3(1)连接起来进行探究。(1)(2)图3钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36(1)某次测量如图(2)所示，指针示数为_cm.(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表所示用表中数据计算弹簧的劲度系数为_N/m(重力加速度g10 m/s2)由表中数据_(填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲【解析】(1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一

11、位，故指针的示数为16.00 cm。(2)当A弹簧的弹力为FA10.50 N、FA21.00 N、FA31.50 N、FA42.00 N时，弹簧长度LA115.71 cm、LA219.71 cm、LA323.66 cm、LA427.76 cm，根据Fkx得k112.50 N/m、k212.66 N/m、k312.20 N/m，所以弹簧的劲度系数k12.45 N/m.根据图表可以计算出弹簧每次的伸长量x。(劲度系数的计算也可以通过作Fx图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)。【答案】(1)16.00(有效数字位数正确，15.9616.05均可)(2)12.45(12.2012.80均可)能实

12、验探究3 实验目的的创新为探究“影响弹簧受力形变的因素”，兴趣小组猜想如下：猜想一：弹簧形变的大小可能与弹簧的长度有关。猜想二：弹簧形变的大小可能与受力的大小有关。猜想三：弹簧形变的大小可能与弹簧的材料有关。他们选择了甲、乙、丙3根弹簧作为研究对象。已知弹簧甲和丙是同种金属丝，弹簧乙是另一种金属丝，甲和乙原长均为6厘米，丙原长为9厘米，其他条件均相同。将弹簧的一端固定，另一端用弹簧测力计，以不同大小的力拉，下表是记录的实验数据。(1)分析表中数据可知，在拉力相同的情况下，甲弹簧伸长的长度_(填“大于”或“小于”)乙弹簧伸长的长度。(2)要证实猜想一，需比较_两根弹簧的数据。(3)在弹性限度内，

13、同一弹簧的_与它所受的拉力成正比。(4)若他们要制作精确程度较高的弹簧测力计，可以选用原长更_(填“长”或“短”)的_(填“甲”或“乙”)弹簧。弹簧受到的拉力/Nx01.02.03.04.05.06.07.0甲弹簧的长度/cm6.06.67.27.88.49.09.610.2乙6.07.08.09.010.011.012.0 13.0丙9.09.910.811.712.613.514.4 15.3解析：(1)通过甲和乙的数据对比发现，原长都是6.0 cm，在拉力相同的情况下，甲伸长的长度小于乙伸长的长度。(2)根据控制变量法可知，研究弹簧形变的大小与弹簧长度的关系，就只能让弹簧长度改变，其他条件都不变，因为甲和丙是同种材料，只有长度不同，所以选择甲和丙两根弹簧的数据。(3)分析表格数据可知，在弹性限度内，弹簧的伸长量与它所受的拉力成正比。(4)在相同拉力作用下，弹簧伸长量越大，弹簧就越灵敏，可以用来制作精确程度较高的弹簧测力计；分析表格数据可知在相同拉力作用下，弹簧原长相等时，乙弹簧的伸长量大。根据甲、丙弹簧的数据可知，其他条件相同、弹簧原长不同时，弹簧原长越长，相同拉力下弹簧伸长量越大，故应选用更长的乙弹簧。答案：(1)小于(2)甲、丙(3)伸长量(4)长乙谢谢谢谢