第三章-实验-探究弹簧弹力与形变量的关系—人教版高中物理必修第一册优质课件(共31张).pptx

1、实验:探究弹簧弹力与形变量的关系必备知识自我检测 一、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受到的重力大小相等。弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出,其伸长量x可以用挂上钩码后弹簧的长度减去弹簧的原长来求得。2.作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x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。必备知识自我检测 二、实验器材铁架台、刻度尺、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等。三、实验步骤1.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伸长状态时的长度l0,即原长。2.如图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出

2、钩码静止时弹簧的长度l1,记录m1和l1。必备知识自我检测3.改变所挂钩码的质量,重复步骤2,记录m2、m3、m4、m5、和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、。4.计算出每次弹簧的伸长量x(x=l-l0)和弹簧受到的拉力F(F=mg),并将数据填入表格。必备知识自我检测1.正误辨析(1)实验要研究的是弹簧的弹力与弹簧长度的关系。()(2)每次实验,重物静止时所挂重物的重力与弹簧的弹力大小相等。()(3)弹簧的伸长量等于弹簧的长度与弹簧原长之差。()答案:解析:本实验研究的是弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系。答案:解析:重物静止时,所挂重物的重力与弹簧的弹力大小相等。答案:解析:弹簧的伸长量等于

3、弹簧的长度减去弹簧的原长。必备知识自我检测2.(多选)在“探究弹力与弹簧形变量的关系”实验中,关于测量弹簧原长的操作步骤先后顺序,下列说法正确的是()A.先测量弹簧的原长,后竖直悬挂B.先竖直悬挂,后测量弹簧的原长C.先后顺序对实验结果无影响D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自身重力答案:BD解析:由于弹簧自身重力的影响,弹簧平放时的长度与竖直悬挂时的长度不同,竖直悬挂时长度更长一些。由于实验时弹簧始终处于竖直状态,故弹簧长度一直受自身重力的影响,所以测量原长时,应测量弹簧竖直悬挂时的长度,B、D项正确。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理

4、必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测数据处理情景探究在“探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系”实验中,所得数据如下表:怎样处理上面数据可以直观简洁地分析出弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系?第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测要点提示以弹簧的弹力为纵坐标,以

5、弹簧的伸长量为横坐标,将对应的弹簧弹力与弹簧的伸长量在坐标系中描点,用平滑的曲线连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测知识点拨1.画F-x图像:建立直角坐标系,以F为纵轴,x为横轴,根据测量数据用描点法作图。连接各点得出F随x变化的图线。2.写F-x的函数式:以弹簧的伸长量为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系。首先尝试一次函数,如

6、果不行则考虑二次函数。3.解释式中常数的物理意义:得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系式,解释函数表达式中常数的物理意义。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测实例引导例1某同学用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别测出钩码静止时指针所指刻度尺的刻度,所得数据列表如下(g取1

7、0m/s2):第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测(1)根据所测数据,在坐标纸(图乙)上画出弹簧指针所指刻度尺的刻度l与钩码质量m的关系图线。(2)根据l-m图线可计算出,该弹簧的劲度系数为N/m。(结果保留3位有效数字)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020

8、-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测解析:(1)描点作图,如图所示:答案:(1)见解析图(2)58.3(58.158.5均可)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测规律方法 作图法作图方法:(1)选择坐标轴的合适标度;(2)描点,用平滑的曲线(或直线)将坐标纸上的各点连接起来,若是直线,应使各点均匀分布于直线上或直线两侧,偏离直线

9、太大的点应舍弃。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测误差分析和注意事项情景探究为了探究弹簧弹力F和弹簧伸长量x的关系,某同学选了A、B两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图像,从图像上看,该同学没能完全按实验要求做,使图像上端成为曲线,图像上端成为曲线的原因是什么?要点提示在弹簧的弹性限度以内,弹力与形变量是成正比的,图像上端出现弯曲是因为拉力过大,超过了弹簧的

10、弹性限度。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测知识点拨1.误差分析(1)读数和作图时会带来偶然误差。为了减小偶然误差,要尽量多测几组数据和规范作图。(2)弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差。为了减小该系统误差,实验中应使用轻质弹簧。2.注意事项(1)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超出弹簧的弹性限度。(2)测量长度时,应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x

11、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伸长量的对应关系及单位。(4)描点作图时,应使尽量多的点落在画出的线上,可允许少数点分布于线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线或直线。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测实例引导例2(多选)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中,以下说法正确的是()A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度B.用悬挂钩码的方法给

12、弹簧施加拉力时,应竖直悬挂弹簧,挂在弹簧下端的钩码应处于静止状态C.用刻度尺测得的弹簧的长度即为弹簧的伸长量D.用几个不同的弹簧,分别测出它们所受的拉力与伸长量,可得出拉力与伸长量之比相等第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测答案:AB解析:实验时弹簧被拉伸的长度不能超出它的弹性限度,A正确;要使弹簧的弹力等于钩码重力的大小,应竖直悬挂弹簧,且要使弹簧下端的钩码处于静止状态,B正确;

13、弹簧的伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长,C错误;不同的弹簧的劲度系数不同,所以拉力与伸长量之比不相等,D错误。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测变式训练下列关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验的说法中正确的是()A.实验中k的具体数值必须计算出来B.如果没有测出弹簧原长,用弹簧长度L代替x,F-L图线也是过原点的一条直线C.利用F-x图线可求出k值D.实验时要把所有点连到线上

14、,才能探究得到真实规律答案:C解析:“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中利用F-x图线可求出k值,但不一定要求解出k值,实验中用弹簧长度L代替x,F-L图线不是过原点的一条直线,作图时绝大多数点通过直线,偏离较大的点应舍去。C项对。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测1.一个实验小组在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力F与弹簧长度L的图像

15、如图所示,下列表述正确的是()A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.测得的弹力与弹簧的长度成正比答案:B解析:在图像中横截距表示弹簧的原长,故b的原长比a的长,A错误;斜率表示弹簧的劲度系数k,故a的劲度系数比b的大,B正确,C错误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故D错误。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测2.某同学在研究性学

16、习中,利用所学的知识解决了如下问题:一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为h=30.0cm且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下端位于筒内,用弹簧测力计可以同弹簧的下端接触),如图甲所示,若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度l,现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变l而测出对应的弹力F,作出F-l图像如图乙所示,则弹簧的劲度系数k=N/m,弹簧的原长l0=cm。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT

17、优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测解析:根据胡克定律得F与l的关系式为F=k(l+h-l0)=kl+k(h-l0),从图像中可得直线的斜率为故弹簧的劲度系数为k=200N/m。截距为20N;由k(h-l0)=20N,解得l0=20cm。答案:20020第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测3.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探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧

18、伸长量的关系。(1)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有。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像,由此可求出弹簧的劲度系数为N/m,图线不过原点是由于。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;B.记下弹簧不挂钩码时其下端

19、所对应的刻度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;D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个钩码,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;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,则考虑二次函数;F.解释函数表达式中常数的物理意义。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一

20、册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测解析:(1)根据实验原理可知,还需要刻度尺、重锤线、坐标纸。(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或对应的长度)。(3)取图像中(0.5cm,0)和(3.5cm,6N)两个点,代入F=kx,解得k=200N/m。由于弹簧自身重力的影响,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CBDAEF。答案:(1)刻度尺、重锤线、坐标纸(2)弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量(或对应的长度)(3)200弹簧自身重力的影响(4)CBDAEF第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系202

21、0-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测4.“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验装置如图甲所示,实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,测出相应的弹簧总长度。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二

22、随堂检测(1)某同学通过以上测量后把6组数据描点在图乙中,请作出F-L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。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测解析:(1)题给数据点大致分布在一条直线上,故用直线拟合数据点,使数据点大致均匀分布在该直线上,如图所示。(2)F=0时的弹簧长度即原长,由题图可知,L0=5.0cm;根据胡克定律可知,F=k(L-L0),即

23、F-L图线的斜率表示弹簧的劲度系数,根据题图可知,答案:(1)见解析中图(2)5.025第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测5.(2019山东淄博名校高一上模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图甲所示。所挂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

24、长度。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图乙中,请作出F-L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:。第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)

25、第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)问题一问题二随堂检测解析:(1)F-L图线如图所示:(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度,由图像可知,L0=510-2m=5cm。劲度系数为图像直线部分的斜率,(3)优点是:可以避免弹簧自身重力对实验的影响。缺点是:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。答案:(1)见解析图(2)520(3)见解析第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)第三章实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2020-2021【新教材】人教版高中物理必修第一册PPT优质课件(共31张)