1、第三章第三章 相互作用相互作用力力 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系实验：探究弹力和弹簧伸长的关系 目标体系构建目标体系构建 课前预习反馈课前预习反馈 课内互动探究课内互动探究 课堂达标检测课堂达标检测 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 目标体系构建目标体系构建 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 【学习目标学习目标】 1进一步练习使用弹簧测力计进一步练习使用弹簧测力计。 2制定科学探究方案制定科学探究方案，会使用弹簧测力计获取数据会使用弹簧测力计获取数据。 3能根据数据探究出弹簧弹力与形变量的定量关系能根据数据探究出弹簧弹力与形变量的定量关系。 返回导航
2、第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 【思维脉络思维脉络】 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 课前预习反馈课前预习反馈 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 1实验原理实验原理 (1)弹簧受力会发生形变弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关形变的大小与受到的外力有关。沿着弹簧沿着弹簧 的方向拉弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数 值上是相等的值上是相等的。用悬挂法测量弹簧的弹力用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是弹簧静止时弹簧的利用的是弹簧静止时弹簧的 弹力与挂在弹簧下面的
3、钩码的重力相等弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。 (2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度伸长量可由弹簧拉长后的长度 减去弹簧的原长来计算减去弹簧的原长来计算。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (3)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，用平滑的曲用平滑的曲 线连接起来线连接起来，根据实验所得的图线根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关就可探
4、究弹力大小与伸长量间的关 系系。 2实验器材实验器材 轻弹簧轻弹簧、钩码钩码(一盒一盒)、刻度尺刻度尺、铁架台铁架台、三角板三角板、重垂线重垂线、坐标纸坐标纸。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 3实验步骤实验步骤 (1)按图安装实验装置按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时记下弹簧下端不挂钩码时 所对应的刻度所对应的刻度l0。 (2)在弹簧下悬挂一个钩码在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总平衡时记下弹簧的总 长度并记下钩码的重力长度并记下钩码的重力。 (3)增加钩码的个数增加钩码的个数，重复上述实验过程重复上述实验过程，将数据填入表格将数据填入表格，以以F表表 示弹
5、力示弹力，l表示弹簧的总长度表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量表示弹簧的伸长量。 1 2 3 4 5 6 7 F/ N 0 l/ cm x/ cm 0 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 4数据处理数据处理 (1)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，以弹簧的伸长量以弹簧的伸长量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变化的变化的 图线图线。 (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
6、系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据Fx图线图线 的斜率求解，的斜率求解，kF x 。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 5注意事项注意事项 (1)所挂钩码不要过重所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度超出它的弹性限度。 (2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些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从而使坐标上描的点尽可能 稀一些稀一些，这样作出的图线更精确这样作出的图线更精确。 (3)测弹簧长度时测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量一定
7、要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量， 刻度尺要保持竖直并靠近弹簧刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差以免增大误差。 (4)描点画线时描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定但应注意一定 要使各点均匀分布在曲线的两侧要使各点均匀分布在曲线的两侧。 (5)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 课内互动探究课内互动探究 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 如图甲所示如图甲所示，用铁架台用铁架台、 弹簧和多个未知质量但
8、质弹簧和多个未知质量但质 量相等的钩码探究在弹性量相等的钩码探究在弹性 限度内弹簧弹力与形变量限度内弹簧弹力与形变量 的关系的关系。 一一 实验原理与操作实验原理与操作 典例剖析典例剖析 典题典题 1 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (1)为完成实验为完成实验，除了图甲中提供的实验器材除了图甲中提供的实验器材，你还需要的实验器材你还需要的实验器材 有：有：_、_。 (2)实验中你需要测量的物理量有：实验中你需要测量的物理量有： _。 (3)为完成该实验为完成该实验，设计的实验步骤如下：设计的实验步骤如下： A以弹簧伸长量为横坐标以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标以弹力为
9、纵坐标，描出各组描出各组(x，F)对应对应 的点的点，并用平滑的曲线连接起来；并用平滑的曲线连接起来； 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，测量出一个钩测量出一个钩 码的重力；码的重力； 刻度尺刻度尺 弹簧测力计弹簧测力计 弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ C将铁架台固定于桌子上将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附在弹簧附 近竖直固定一把刻度尺；近竖直固定一把刻度尺； D依次在弹簧下
10、端挂上依次在弹簧下端挂上1个个、2个个、3个个、4个个钩码钩码，并分别记下并分别记下 钩码静止时弹簧下端所对应的刻度钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内并记录在表格内，然后取下钩码；然后取下钩码； E以弹簧伸长量为自变量以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式写出弹力与弹簧伸长量的关系式。首先首先 尝试写成一次函数尝试写成一次函数，如果不行如果不行，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。 请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_。 CBDAEFG 返
11、回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (4)若实验开始时你将图甲中的指针从若实验开始时你将图甲中的指针从P位置往下挪到位置往下挪到Q，其余实验步其余实验步 骤不变且操作正确骤不变且操作正确，则测量得到弹簧的劲度系数将则测量得到弹簧的劲度系数将_(选填选填“变变 大大”“”“不变不变”或或“变小变小”)。 (5)图乙是另一位同学实验得到弹簧弹力图乙是另一位同学实验得到弹簧弹力F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x的的Fx图图 线线，由此可求出弹簧的劲度系数为由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字)， 图线不过原点的原因是由于图线不过原点的原因是由于_。
12、不变不变 200 弹簧自身存在重力弹簧自身存在重力 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：(1)实验需要测弹簧的长度实验需要测弹簧的长度、形变量形变量，因为钩码的质量未知因为钩码的质量未知， 所以要测量钩码的重力所以要测量钩码的重力，故还需要的实验器材有：刻度尺故还需要的实验器材有：刻度尺，弹簧测力弹簧测力 计；计； (2)为了测量弹簧的形变量；由胡克定律可知为了测量弹簧的形变量；由胡克定律可知，实验中还应测量弹簧实验中还应测量弹簧 原长原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度；弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度； (3)实验中要先组装器材实验中要先组装器材
13、，即即CB，然后进行实验然后进行实验，即即D，最后数据处最后数据处 理理，分析解释表达式分析解释表达式，最后整理仪器；即最后整理仪器；即AEFG。所以先后顺序为所以先后顺序为 CBDAEFG； 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (4)指针从指针从P位置往下挪到位置往下挪到Q，只是在测量弹簧的原长时，原长偏，只是在测量弹簧的原长时，原长偏 大，挂上钩码后，弹簧的伸长量依然没有改变，故没有影响，所以测量大，挂上钩码后，弹簧的伸长量依然没有改变，故没有影响，所以测量 得到弹簧的劲度系数不变；得到弹簧的劲度系数不变； (5)图像中的斜率表示弹簧图像中的斜率表示弹簧的劲度系数，则的劲
14、度系数，则k 7 40.5 10 2N/m 200 N/m；图线不过原点说明没有力时弹簧有了形变量，故说明弹簧有；图线不过原点说明没有力时弹簧有了形变量，故说明弹簧有 自身的重力存在。自身的重力存在。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 1(2020福建省瓯市芝华中学福建省瓯市芝华中学)某同学利用如图某同学利用如图(a)装置做装置做“探究弹探究弹 簧弹力大小与其长度的关系簧弹力大小与其长度的关系”的实验的实验。 对点训练对点训练 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (1)在安装刻度尺时在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持必须使刻度尺保持_状态状态。 (2)他通过
15、实验得到如图他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小所示的弹力大小F与弹簧长度与弹簧长度x的关系图的关系图 线线，由此图线可得该弹簧的原长由此图线可得该弹簧的原长x0_ cm，劲度系数劲度系数k_ N/m。 (3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示当弹簧秤上的示 数如图数如图(c)所示时所示时，该弹簧的长度该弹簧的长度x_ cm。 竖直竖直 4 50 10 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：(1)弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须与弹簧平行，故弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须与弹簧平行，故 刻度尺
16、要保持竖直状态；刻度尺要保持竖直状态； (2)弹簧处于原长时，弹力为零，故原长为弹簧处于原长时，弹力为零，故原长为4 cm；弹簧弹力为；弹簧弹力为2 N 时，弹簧的长度为时，弹簧的长度为8 cm，伸长量为，伸长量为4 cm；根据胡克定律；根据胡克定律Fkx，有：，有：k F x 2 N 0.04 m 50 N/m； (3)由图由图c得到弹簧的弹力为得到弹簧的弹力为3.0 N，根据图，根据图b得到弹簧的长度为得到弹簧的长度为10 cm。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (2019四川成都外国语学校高一上学期四川成都外国语学校高一上学期 期中期中)某同学在做某同学在做“探究弹
17、力和弹簧伸长量的关系探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中的实验中，所用实验所用实验 装置如图甲所示装置如图甲所示，所用的钩码每只质量都是所用的钩码每只质量都是30 g。他先测出不挂钩码时他先测出不挂钩码时 弹簧的自然长度弹簧的自然长度，再将再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的每次都测出相应的 弹簧总长度弹簧总长度，并将数据填在下表中并将数据填在下表中。实验中弹簧始终未超过弹性限度实验中弹簧始终未超过弹性限度， 取取g10 m/s2。试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧所受试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧所受 弹力大小与弹簧总长度之间的
18、函数关系的图线如图乙弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系的图线如图乙。则：则： 二二 实验数据处理实验数据处理 典例剖析典例剖析 典题典题 2 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (1)写出该图线的数学表达式写出该图线的数学表达式F_ N； (2)图线与横轴的交点的物理意义是图线与横轴的交点的物理意义是_； 钩码质量钩码质量(g) 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度弹簧总长度(cm) 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 (30L1.8) 弹簧原长弹簧原长 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (3)该弹簧的劲度系数该弹簧
19、的劲度系数k_ N/m； (4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是图线延长后与纵轴的交点的物理意义是 _。 思路引导：思路引导： 30 弹簧被压缩弹簧被压缩1 cm时的弹力为时的弹力为0.3 N 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：描点作图描点作图，图像如图所示图像如图所示。 (1)由图像可以得出图线的数学表达式为由图像可以得出图线的数学表达式为F(30L1.8) N； (2)图线与横轴的交点表示图线与横轴的交点表示，弹簧所受弹力弹簧所受弹力F0时弹簧的长度时弹簧的长度，即弹即弹 簧的原长；簧的原长； 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (3)图
20、线的斜率即为弹簧的劲度系数图线的斜率即为弹簧的劲度系数k30 N/m； (4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力时的弹力，此时弹此时弹 簧被压缩了簧被压缩了1 cm，即表示弹簧被压缩即表示弹簧被压缩1 cm时的弹力为时的弹力为0.3 N。 思维升华：思维升华：图像法处理实验数据时的注意事项图像法处理实验数据时的注意事项 (1)连线时要注意使尽可能多的点落在所连的图线上连线时要注意使尽可能多的点落在所连的图线上，不在图线上的不在图线上的 点要大致均匀地分布在图线的两侧点要大致均匀地分布在图线的两侧。(2)图线的斜率是纵轴物理量的变化图线的斜率
21、是纵轴物理量的变化 量与横轴物理量的变化量的比值量与横轴物理量的变化量的比值。(3)要灵活运用数学知识要灵活运用数学知识，即数形结即数形结 合合，理解图线斜率和截距的物理意义理解图线斜率和截距的物理意义。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 2图甲为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实图甲为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实 验情景验情景。用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不读出不 同拉力下的标尺刻度同拉力下的标尺刻度x及拉力大小及拉力大小F(从电脑中直接读出从电脑中直接读出)。所得
22、数据记录所得数据记录 在表格中：在表格中： 对点训练对点训练 拉力大小拉力大小F/N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 标尺刻度标尺刻度x/cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ (1)从图乙读出刻度尺上的刻度值为从图乙读出刻度尺上的刻度值为_cm。 (2)根据所测数据根据所测数据，在图丙坐标纸上作出在图丙坐标纸上作出F与与x的关系图像的关系图像。 (3)由图像求出该弹簧的劲度系数为由图像求出该弹簧的劲度系数为_N/m，弹簧弹簧 的原长为的原长为_cm。(均保留三位有效数字均保
23、留三位有效数字) 63.60(63.5563.65) 24.3(24.025.0) 55.2(55.055.5) 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 解析：解析：(1)由图可知由图可知，弹簧测力计的最小弹簧测力计的最小 分度值为分度值为0.1 N，故读数为故读数为63.60 N。 (2)根据表中数据利用描点法得出对应的根据表中数据利用描点法得出对应的 图像如图所示图像如图所示。 (3)由胡克定律可知，图像的斜率表示劲度系数，则可知由胡克定律可知，图像的斜率表示劲度系数，则可知k 1.7 0.620.55 N/m 24.3 N/m。图像与横轴的交点为弹簧原长。图像与横轴的交点为弹簧原长。 返回导航 第三章 相互作用力 物理必修 第一册 RJ 课堂达标检测课堂达标检测
