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实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系ppt课件

1、,实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系,第三章 研究物体间的相互作用,学习目标,1.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系. 2.学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据. 3.能根据Fx图象、FL图象求出弹簧的劲度系数.,技能储备,01,弹簧、_、钩码、铁架台.,实验器材,一,刻度尺,1.如图1甲所示,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_.如图乙,弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用_测出,其伸长量x可以用弹簧的长度减去弹簧的_来求得.,实验原理,二,图1,大小相等,刻度尺,原长,2.建立平面直角坐标系,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

2、系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用_连接起来,根据实验所得的图象,就可探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系.,平滑曲线,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_状态时的长度L0,即原长. 2.如图2所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度L1,记录m1和L1. 3.改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5、和相应的弹簧长度L2、L3、L4、L5、.,实验步骤,三,图2,自然伸长,4.计算出每次弹簧的伸长量x(x_)和弹簧受到的拉力F(Fmg),并将数据填入表格.,LL0,1.建立直角坐标系,以F为纵轴、x为横轴,根据测量数

3、据用描点法作图.连接各点得出F随弹簧伸长量x变化的图线. 2.以弹簧的伸长量为自变量,写出图线所代表的函数.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数. 3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.,数据处理,四,1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.为了减小误差,要尽量_测几组数据. 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_弹簧.,误差分析,五,多,轻质,题型演练,02,例1 以下是某同学所进行的“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验步骤: (1)将一个弹簧的上端固定在铁架台上,竖直悬挂起来,在弹簧下挂

4、一个钩码,记下钩码的质量m1,此时弹簧平衡,弹力大小为F1m1g,并用刻度尺测量出此时弹簧的长度L1,并记录到表格中. (2)再增加钩码,重复上述的操作,得到多组数据. (3)以力F为纵轴,以弹簧长度Lx为横轴,根据所测的数据在坐标纸上描点. (4)按坐标纸上所描各点的分布与走向,作出一条平滑的曲线(包括直线). (5)根据图线的特点,分析弹簧的弹力F与弹簧长度Lx的关系,并得出实验结论. 以上步骤中有三个不当之处,请将不合理的地方找出来并进行修正.,实验原理及操作,一,答案 见解析,解析 (1)中还应该测出弹簧的原长L0,此时应在不挂钩码的情况下,让弹簧保持自然下垂状态,用刻度尺测出从悬点到

5、弹簧下端的长度即为L0; (3)中建立坐标系时应该以弹簧的伸长量为横轴,因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系; (5)中应分析弹力与弹簧伸长量的关系.,总结提升,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三者之间的不同,明确三者之间的关系.为了减小弹簧自身重力带来的影响,测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自然下垂状态,而不是平放在水平面上处于自然伸长状态. 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

6、线. 5.尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响.,例2 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系. (1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在_方向(填“水平”或“竖直”).,实验数据的处理,二,竖直,解析 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生,弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向.,(2)弹簧自然悬挂,待弹簧_时,长度记为L0;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10 g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表.,表中有一个数值记录不规范,代表符号为_.由表可知所用刻度尺的最小分度为_.,稳定,L3,1 mm,解析 弹簧静止稳定时,记录原长

7、L0;表中的数据L3与其他数据有效位数不同,所以数据L3不规范,标准数据应读至cm位的后两位,最后一位应为估读值,所以刻度尺的最小分度为1 mm.,(3)图3是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与_的差值(填“L0”或“Lx”).,图3,Lx,解析 由题图知所挂砝码质量为0时,x为0,所以xLLx(L为弹簧长度).,(4)由图可知弹簧的劲度系数为_N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为_g.(重力加速度g取9.8 N/kg),4.9,10,解析 由胡克定律Fkx知,mgk(LLx),即mgkx,所以图线斜率即为弹簧的劲度系数与重力加速度的比值,同理,砝码盘的质量,0.01

8、 kg10 g.,总结提升,1.F-x图象应是过原点的直线,直线的斜率等于弹簧的劲度系数. 2.F-L图象是不过原点的直线,其与横轴的截距等于弹簧的原长,斜率仍然等于弹簧的劲度系数.,例3 某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验,他先把弹簧放在水平桌面上使其自然伸展,用直尺测出其长度L0,再把弹簧竖直悬挂起来,刻度尺的零刻度线跟弹簧上端对齐,在弹簧的下部A处固定一个指针,如图4所示.挂上钩码,平衡后测出其长度L,令xLL0.改变钩码个数,进行多次测量.,误差分析,三,图4,(1)用F表示弹簧下端受到的钩码的拉力,则如图所示的Fx图线,你认为符合实际情况的是_.,解析 因为弹簧是被放在水平

9、桌面上测得的原长,然后把弹簧竖直悬挂起来后,由于自身重力的作用,弹簧的长度会增大,所以图线应在x轴正方向上有截距,C正确,A、B、D错误.,(2)如果将指针固定在A点的下方P处,在正确测出弹簧原长的情况下,再作出x随F变化的图象,此时弹簧劲度系数的测量值_实际值(填“大于”“小于”或“等于”).,等于,解析 如果将指针固定在A点的下方P处,在正确测出弹簧原长的情况下,再作出x随F变化的图象,则在图象上x的变化量不变,得出弹簧的劲度系数与实际值相等.,例4 在“探究弹力与弹簧伸长量的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图5所示.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实

10、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长度.,创新实验,四,图5,答案 见解析,(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在图6坐标系中,请作出FL图线.,图6,解析 FL图线如图所示:,(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm,劲度系数k_ N/m.,答案 见解析,解析 弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L05102 m5 cm. 劲度系数为图象直线部分的斜率,k20 N/m.,(3)试根据该同学以上的实验情况,帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据).,答案 见解析,解析 记录实验数据的表格

11、如下表,(4)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:_.,答案 见解析,解析 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.,达标检测,03,1,2,3,1.(实验器材及原理)(多选)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”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弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等,2.(实验过程及数据处理)一位同学

12、在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验. (1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的,请你帮这位同学按操作的先后顺序,将这些步骤用字母排列出来是_. A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(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,其下端在刻度尺上的刻度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刻度尺 D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、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 E.写出弹力与弹簧伸长量的关系式 F.解释函数表达式中常数的物理意义,1,2,3,CBDAEF

13、,解析 在做实验的时候一般步骤为先组装器材,然后进行实验,最后处理数据,故顺序为CBDAEF.,1,2,3,(2)下表是这位同学所测的几组数据,1,2,3,根据上表的数据在图7的坐标系中作出Fx图线.,图7,答案 如图所示,1,2,3,1,2,3,解析 根据描点法,图象如图所示,写出曲线的函数表达式_(x用cm作单位).,1,2,3,F0.43x,解析 根据图象,该直线为过原点的一条直线,即弹力与伸长量成正比,即Fkx0.43x.,函数表达式中常数的物理意义:_ _.,表示弹簧的劲度系数,即表示使弹簧伸长或者,缩短1 cm所需的外力大小为0.43 N,解析 式中的常数表示弹簧的劲度系数,即表示使弹簧伸长或者缩短1 cm所需的外力大小为0.43 N.,3.(实验误差分析)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中,根据数据作出Fx图象如图8实线所示,可能的原因是,1,2,3,解析 弯曲部分显示:当x达到某一值后,F与x不再成正比,前面数据呈线性分布,说明不是读数问题,而是拉力超出了弹簧的弹性限度.,图8,A.悬挂的钩码多,拉力超过了弹簧的弹性限度 B.用直尺测量弹簧的长度时,读数小了 C.有的数据不是弹簧的伸长,而是弹簧的长度 D.所有数据都是用弹簧长度进行处理的,