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2013年高中物理 第3章 实验:探究弹力和弹簧伸长的关系精品课件 新人教版必修1


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

课前自主学案 核心要点突破

课堂互动讲练
知能优化训练

课前自主学案

【实验目的】 1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系. 2.学会利用图象研究两个物理量之间的关系

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的方法.

【实验原理】 1.如图3-6-1所示,弹簧在下端悬挂钩码时 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.

图3-6-1

2.用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的 伸长量x,建立坐标系,以纵坐标表示弹力大 小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标 系中描下实验所测得的各组(x,F)对应的点, 用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图 线,就可探究弹力大小和伸长量间的关系.

【实验器材】 轻质弹簧(一根),钩码(一盒),刻度尺,铁 架台,重垂线,坐标纸,三角板.

【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3-6-2所示,将已知质量的钩码挂 在弹簧的下端,在平衡时测出弹簧的总长并 计算钩码的重力,填写在记录表格里.

图3-6-2

3.改变所挂钩码的质量,重复上步的实 验过程多次.
1 F/N L/cm x/cm 2 3 4 5

核心要点突破

一、数据处理 1.以弹力 F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐 标,以弹簧的伸长量 x 为横坐标,用描点法作 图.连接各点,得出弹力 F 随弹簧伸长量 x 变 化的图线,如图 3-6-3 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,函数表达式中常数即为 弹簧的劲度系数, 这个常数也可据 F-x 图线的 ΔF 斜率求解,k= . Δx

图3-6-3

二、误差分析 1.由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操 作,故存在较大的测量误差. 2.由于弹簧自身的重力的影响造成误差. 3.当未放重物时,弹簧在自身重力的作用下, 已经有一个伸长量,这样在作图线时,图线与 x轴有一截距. 三、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.每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使 在坐标上描的点尽可能稀一些,这样作出的图线 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,刻度尺要保持竖直并靠近弹 簧,以免增大误差. 4.描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲 线上,但应注意一定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及弹簧伸长量的对应 关系及单位.

课堂互动讲练

数据处理
例 下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长

的关系所测的几组数据. 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

伸长x/cm 2.30 5.08 6.89 9.80 12.40

(1)请你在图3-6-4中的坐标纸上作出F-x图 线.

图3-6-4 (2)写出曲线所代表的函数式. (3)解释函数表达式中常量的物理意义.

【精讲精析】 (1)根据表中数据描点,按照图 中各点的分布与走向,应作出一条直线,使直 线两侧的点数大致相同.这样可以减少偶然误 差,如图3-6-5所示.

图3-6-5

(2)设直线斜率为k,由数学知识知,F=kx+c. 在直线上取较远的两点(可以减小误差),如点 (9.80,2.0) 与 (2.30,0.5) , 并 代 入 上 式 得 k = 0.2 N/cm,c=0.04 N,所以函数表达式为:F= (0.2x+0.04)N. (3)由F=kx+c知,当x=0时,F=c,因此,式 中常量c表示弹簧的重力为0.04 N.若忽略弹簧 的重力,则F=kx.因此,式中常数k=F/x表示 使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力,即劲度系 数. 【答案】 见精讲精析

【方法总结】

要根据所给坐标纸合理选取x、

F两轴标度,使得所得图线尽量分布在坐标纸

较大的空间位置,以便减小误差,这是作图象
的最基本要求.据所给实验数据描点,然后作

出平滑曲线(或直线),注意所画的线不一定过
所有点,原则是应尽量使各点较均匀地分布在

曲线(或直线)的两侧.


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