22粤教版新教材物理必修第一册课件探究弹簧弹力和伸长量之间的关系.pdf

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1、实验：探究弹簧弹力和伸长量之间的关系 课 标 解 读 课标要求 素养要求 1.熟悉弹簧测力计的使用方法 2.了解胡克定律 3.能用图像法分析实验数据 1.物理观念：通过实验验证胡克定律 2.科学思维：会用列表法、图像法处理实验数据 3.科学探究：探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系 自主学习必备知识 一、实验目的 1.探究弹簧弹力与伸长量之间的定量关系。2.学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。二、实验原理 1.弹力 的测量：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相等，即满足=；2.弹簧的伸长量 的确定：用刻度尺测出弹簧的原长0 与挂上钩码后弹簧的长度，其

2、伸长量可用弹簧的长度减去原长来求得，即=0；3.图像法处理实验数据：作出弹簧弹力 与弹簧伸长量 的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。三、实验器材 铁架台、轻质弹簧（一根）、钩码若干、刻度尺、坐标纸等。四、实验步骤 1.如图所示，将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然下垂状态时的长度0，即弹簧原长。2.在弹簧下端挂质量为1 的钩码，测出此时弹簧的长度1，记录1 和1。3.改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录2、3、4、5、和相应的弹簧长度2、3、4、5、。4.计算出每次弹簧的伸长量(=0)和弹簧受到的拉力(=)，并将数据填入表格。实验次数 1 2 3 4

3、 5 6 7/0 l/cm /cm 0 五、数据处理 1.以弹力（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，以弹簧的伸长量 为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力 随弹簧伸长量 变化的图线，如图所示。2.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中的常数即弹簧的劲度系数，这个常数也可根据 图线的斜率求得，=。六、误差分析 1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧自身重力的影响产生的误差。2.偶然误差：产生原因 减小方法 弹簧长度测量不准确 固定刻度尺，多次测量取平均值 弹簧弹力大小不稳定 弹簧一端固定，钩码稳定后再读数 描点、作图不准确 坐标轴的标度尽量大一

4、些，画线时让尽可 能多的点落在线上或均匀分布于线的两侧 七、注意事项 1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度；2.测弹簧长度时，应区别弹簧原长0、实际长度 及伸长量 三者之间的不同，明确三者之间的关系；3.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位；4.描点画线时，所描的点不一定都落在一条图线上，但应注意一定要使各点均匀分布在图线的两侧；5.尽量选择轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响。互动探究关键能力 探究点一 实验原理和实验操作 例如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码来探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。（1）为完成实验，还需要的实验器

5、材有：。答案：（1）刻度尺 解析：（1）根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧的原长和弹簧伸长后的长度；（2）实验中需要测量的物理量有：。答案：（2）弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）解析：（2）根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与所对应的长度；（3）为完成该实验，设计的实验步骤如下：.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(,)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上对应的刻度0；.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；.在弹簧下端依次挂上 1 个、2 个、3 个

6、、4 个钩码，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；.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；.解释函数表达式中常数的物理意义；.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：。答案：（3）解析：（3）根据完成实验的合理性可知先后顺序为；（4）按以上顺序操作画出的图像如图乙所示，由图像可知，实验操作中不规范的是 （填操作前的字母）。答案：（4）解析：（4）图线不过原点，与 轴相交表示没有挂钩码时有了形变量，说明弹簧重力使其产生形变，故测量原长时忽略了重力的影响，步骤 操作不规范。名师点拨 本实验操作

7、过程中需注意的事项：1.原长的测量是在悬挂弹簧稳定后再进行测量；2.分别测量原长和悬挂钩码后的长度，进而求解形变量；3.整个实验过程均在弹簧的弹性限度内完成。迁移应用 1.（2021 福建漳州高一上期末）某同学在做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验中，安装好实验装置，让毫米刻度尺 0 刻度线与弹簧上端平齐，如图甲所示。（1）弹簧静止时原长如图乙，其读数1=cm。在弹簧下端挂一个钩码时，弹簧长度是2=26.78cm，已知每个钩码重0.5N，弹簧的劲度系数=N/m(值保留 3 位有效数字)。答案：（1）25.85(25.84 25.86);53.8(53.2 54.3)解析：（1）毫米刻度尺

8、的分度值为1mm，读数时要估读到下一位，读数为25.85cm；由胡克定律=可得=0.5(26.7825.85)102N/m 53.8N/m （2）关于本次实验的误差分析，下列说法正确的是 （填正确答案标号）。A.测量弹簧长度时，估读带来的误差为实验的系统误差 B.刻度尺 0 刻度线与弹簧上端一定要平齐，才不会带来实验误差 C.只考虑钩码长期使用的磨损影响，会使劲度系数测量值大于真实值 答案：（2）解析：（2）读数时造成的误差是偶然误差，A 错误；x 的值与零刻度线是否平齐无关，B错误；当钩码有磨损时，钩码的重力减小，即对弹簧的拉力减小，的测量值会大于真实值。探究点二 实验数据的处理 例（202

9、1 广东佛山高一上期末）某同学利用如图甲所示装置测量弹簧测力计的若干参数，实验步骤如下：（1）将测力计提手竖直悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在测力计一侧；（2）在测力计挂钩上挂上不同质量的重物，待重物静止时读出对应的弹簧长度 及测力计的示数；（3）通过数据处理得到如图乙所示的弹力大小 与弹簧长度 的关系图像（不计弹簧自身的重力），则由图线可得弹簧的原长0=cm，劲度系数=/cm；若该同学想知道弹簧测力计外壳的质量，在不增加其他实验器材的前提下，他可以采取的操作及数据处理方法是 （已知当地的重力加速度）。答案：3.7;1.5;将测力计倒挂，读出示数，外壳质量为(0)解析：弹簧原长为弹力为零时对应的

10、长度，即图线与 轴交点，由图像可知为3.7cm。在 图像中，图线的斜率表示弹簧的劲度系数，在图线上找出两点(9,8)(4,0.5)代入解得斜率=80.594N/cm=1.5N/cm。因为忽略弹簧重力，所以测力计倒挂后弹簧弹力与外壳重力平衡，此时弹簧长度为，伸长量为 0，满足=(0)解得=(0)。迁移应用 1.（2021 江苏扬州高一上期末）一同学利用如图所示装置测量弹簧的劲度系数。实验时他先测出不挂钩码时弹簧的长度，再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧长度，将数据填在表格中。已知每个钩码的质量为50g，取=10m/s2。（弹簧始终在弹性限度内）钩码的个数 0 1 2 3 4

11、5 弹簧弹力/0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的长度L/cm 6.00 7.98 10.02 12.10 14.08 16.03 （1）请根据表格中 6 组数据，在坐标纸上作出 图线。答案：（1）解析：（1）根据表格中的数据，在坐标系中描点、连线即可。（2）由此图线可得出该弹簧的劲度系数为 /cm。（结果保留 2 位有效数字）答案：（2）0.25 解析：（2）根据=可知图线的斜率即弹簧的劲度系数，=2.50.516.037.98N/cm 0.25N/cm。（3）弹簧与长木板间的摩擦会造成一定的实验误差，该误差属于 。（选填“偶然误差”或“系统误差”）答案：（3）系统误差 解析：（3）弹簧与长木板间的摩擦会造成一定的实验误差，该误差属于系统误差。