人教版课标高中物理必修1实验探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1第四第四单元　元　实验：探究：探究弹力和力和弹簧簧伸伸长的关系的关系物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1一、实验目的一、实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．2．．学学会会利利用用列列表表法法、、图图象象法法、、函函数数法法处处理理实实验验数数据据的科学方法．的科学方法．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1二、实验原理二、实验原理1．．弹弹簧簧受受力力会会发发生生形形变变，，形形变变的的大大小小与与受受到到的的外外力力有有关关．．沿沿着着弹弹簧簧的的方方向向拉拉弹弹簧簧，，当当形形变变稳稳定定时时，，弹弹簧簧产产生生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．2．．用用悬悬挂挂法法测测量量弹弹簧簧的的弹弹力力，，运运用用的的正正是是弹弹簧簧的的弹弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．3．．弹弹簧簧的的长长度度可可用用刻刻度度尺尺直直接接测测出出，，伸伸长长量量可可以以由由拉拉长长后后的的长长度度减减去去弹弹簧簧原原来来的的长长度度进进行行计计算算．．这这样样就就可可以以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了．研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1三、实验器材三、实验器材轻轻质质弹弹簧簧(一一根根)，，钩钩码码(一一盒盒)，，刻刻度度尺尺，，铁铁架架台台，，重重垂线，坐标纸，毫米刻度尺．垂线，坐标纸，毫米刻度尺．图图1物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1四、实验步骤四、实验步骤1．．如如图图1所所示示，，将将铁铁架架台台放放在在桌桌面面上上(固固定定好好)，，将将弹弹簧簧的的一一端端固固定定于于铁铁架架台台的的横横梁梁上上，，在在靠靠近近弹弹簧簧处处将将毫毫米米刻刻度度尺尺(最最小小分分度度为为1 mm)固固定定于于铁铁架架台台上上，，并并用用重重垂垂线线检检查查刻度尺是否竖直．刻度尺是否竖直．2．记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度．记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0.3．．在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上一一个个钩钩码码，，待待钩钩码码静静止止后后，，记记下下弹簧下端所对应的刻度弹簧下端所对应的刻度L1.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1钩码个数个数刻度刻度伸伸长量量x弹力力F0123⋮ ⋮6L0＝＝L1＝＝L2＝＝L3＝＝⋮ ⋮L6＝＝X1＝＝L1－－L0X2＝＝L2－－L0X3＝＝L3－－L0⋮ ⋮X6＝＝L6－－L0F1＝＝F2＝＝F3＝＝⋮ ⋮F6＝＝物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修14.用用上上面面方方法法，，记下下弹簧簧下下端端挂挂2个个、、3个个、、4个个……钩码时，，弹簧簧下下端端所所对应的的刻刻度度L2、、L3、、L4、、…，，并并将将所所得得数据数据记录在表格中．在表格中．5．．用用xn＝＝Ln－－L0计算算出出弹簧簧挂挂1个个、、2个个、、3个个……钩码时弹簧簧的的伸伸长量量，，并并根根据据当当地地重重力力加加速速度度值g，，计算算出出所所挂挂钩码的的总重重力力，，这个个总重重力力就就等等于于弹簧簧弹力力的的大大小小，，将所得数据填入表格．将所得数据填入表格．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修16．．根根据据所所测数数据据在在坐坐标纸上上描描点点，，最最好好以以弹簧簧弹力力为纵坐坐标，以，以弹簧的伸簧的伸长量量为横坐横坐标．．7．．按按照照图中中各各点点的的分分布布与与走走向向，，尝试作作出出一一条条平平滑滑的的曲曲线(包包括括直直线)．．所所画画的的点点不不一一定定正正好好都都在在这条条曲曲线上上，，但要注意使曲但要注意使曲线两两侧的点数大致相同．的点数大致相同．8．．以以弹簧簧的的伸伸长量量为自自变量量，，写写出出曲曲线所所代代表表的的函函数，首先数，首先尝试一次函数，如果不行一次函数，如果不行则考考虑二次函数二次函数……9．解．解释函数表达式中常数的物理意函数表达式中常数的物理意义．．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1五、注意事项五、注意事项1．．实实验验中中弹弹簧簧下下端端挂挂的的钩钩码码不不要要太太多多，，以以免免弹弹簧簧被被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度．过分拉伸，超过弹簧的弹性限度．2．要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．．要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．3．．本本实实验验是是探探究究性性实实验验，，实实验验前前并并不不知知道道其其规规律律，，所所以以描描点点以以后后所所作作的的曲曲线线是是试试探探性性的的，，只只是是在在分分析析了了点点的的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点．分布和走向以后才决定用直线来连接这些点．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修14．．如如果果实验中中不不用用弹簧簧的的伸伸长而而用用弹簧簧的的总长为横横坐坐标，，得得到到的的不不是是正正比比例例函函数数，，关关系系较为复复杂，，因因此此最最好好用用弹簧的伸簧的伸长为横坐横坐标．．5．．记录数数据据时要要注注意意弹力力及及弹簧簧伸伸长量量的的对应关关系系及及单位．位．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1六、误差分析六、误差分析1．．钩钩码码标标值值不不准准确确，，弹弹簧簧长长度度测测量量不不准准确确带带来来误误差差．．2．画图时描点及连线不准确也会带来误差．．画图时描点及连线不准确也会带来误差．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1【【例例1】】　　下下表表是是某某同同学学在在“探探究究弹力力和和弹簧簧伸伸长量量的的关系关系”实验中所中所测的几的几组数据数据.弹力力F/N0.51.01.52.02.5伸伸长量量x/cm2.305.086.899.8012.40物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(1)请你在你在图2中的坐中的坐标纸上作出上作出F－－x图线．．(2)写出曲写出曲线所代表的函数式．所代表的函数式．(3)解解释函数表达式中的常量的物理意函数表达式中的常量的物理意义．．(4)若若弹簧簧的的原原长为40 cm，，并并且且以以弹簧簧的的总长为自自变量，量，请你写出它的函数式．你写出它的函数式．图图2物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1解解析析：：(1)根根据据表表中中数数据据描描点点，，按按照照图图中中各各点点的的分分布布与与走走向向，，应应作作出出一一条条直直线线，，使使直直线线两两侧侧的的点点数数大大致致相相同同，，这样可以减少偶然误差，如图这样可以减少偶然误差，如图3所示：所示：图图3物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(2)设设直直线线斜斜率率为为k，，由由数数学学知知识识知知，，F＝＝kx＋＋C.在在直直线线上上取取较较远远的的两两点点(可可以以减减少少误误差差)，，如如点点(9.80,2.0)与与(2.30,0.5)，，并并代代入入上上式式得得k＝＝0.2 N/cm，，C＝＝0.04 N，，所所以函数表达式为：以函数表达式为：F＝＝(0.2x＋＋0.04) N.(3)由由F＝＝kx＋＋C知知，，当当x＝＝0时时，，F＝＝C，，因因此此，，式式中中常常数数C表示弹簧的重力为表示弹簧的重力为0.04 N.若若忽忽略略弹弹簧簧的的重重力力，，则则F＝＝kx.因因此此，，式式中中常常数数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．表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力，即劲度系数．(4)设设弹弹簧簧的的总总长长为为Lx，，则则F＝＝kx＋＋C＝＝k(Lx－－40)＋＋C＝＝(0.2Lx－－7.96) N.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1答答案案：：(1)见见图图3　　(2)(0.2x＋＋0.04) N　　(3)弹弹簧簧的的重重力力为为0.04 N　　(4)(0.2Lx－－7.96) N物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1【【例例2】】　　某某同同学学和和你你一一起起探探究究弹力力和和弹簧簧伸伸长的的关关系系，，并并测弹簧簧的的劲度度系系数数k，，做做法法是是：：先先将将待待测弹簧簧的的一一端端固固定定在在铁架架台台上上，，然然后后将将最最小小刻刻度度是是毫毫米米的的刻刻度度尺尺竖直直放放在在弹簧簧一一侧，，并并使使弹簧簧另另一一端端的的指指针恰恰好好落落在在刻刻度度尺尺上上．．当当弹簧簧自自然然下下垂垂时，，指指针指指示示的的刻刻度度数数值记作作L0；；弹簧簧下下端端挂挂一一个个50 g的的砝砝码时，，指指针指指示示的的刻刻度度数数值记作作L1；；弹簧簧下下端端挂挂两两个个50 g的的砝砝码时，，指指针指指示示的的刻刻度度数数值记作作L2；；……；；挂挂七七个个50 g的的砝砝码时，，指指针指指示示的的刻刻度度数数值记作作L7.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(1)下下表表记录的的是是该同同学学已已测出出的的6个个值，，其其中中有有两两个个数数值在在记录时有有误，，它它们的的代代表表符符号号分分别是是______和和______.代表代表符号符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度刻度数数值/cm1.703.405.108.6010.312.1物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1图图4物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(2)实验中中，，L3和和L7两两个个值还没没有有测定定，，请你你根根据据图4所示将所示将这两个两个测量量值填入填入记录表中．表中．(3)为充充分分利利用用测量量数数据据，，该同同学学将将所所测得得的的数数值按按如如下方法逐一求差，分下方法逐一求差，分别计算出了三个差算出了三个差值：：d1＝＝L4－－L0＝＝6.90 cm；；d2＝＝L5－－L1＝＝6.90 cm；；d3＝＝L6－－L2＝＝7.00 cm；；请你你给出第四个差出第四个差值：：d4＝＝________＝＝________cm.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(4)根根据据以以上上差差值，，可可以以求求出出每每增增加加50 g砝砝码的的弹簧簧平平均均伸伸长量量ΔL，，ΔL用用d1、、d2、、d3、、d4表表示示的的式式子子为：：ΔL＝＝______，代入数据解得，代入数据解得ΔL＝＝________cm.(5)计算算弹簧的簧的劲度系数度系数k＝＝______N/m(g取取9.8 m/s2)．．解析：解析：(1)L5、、L6两组数据在读数时均没有估读值．两组数据在读数时均没有估读值．(2)用用最最小小刻刻度度是是毫毫米米的的刻刻度度尺尺测测量量时时，，正正确确读读数数并并记录到毫米的下一位，即记录到毫米的下一位，即L3＝＝6.85 cm，，L7＝＝14.05 cm.(3)利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值．利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值．d4＝＝L7－－L3＝＝(14.05－－6.85) cm＝＝7.20 cm.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修11．．在在“探探究究弹力力和和弹簧簧伸伸长量量的的关关系系”实验中中，，以以下下说法正确的是法正确的是(　　　　)A．．弹簧被拉伸簧被拉伸时，不能超，不能超过它的它的弹性限度性限度B．．用用悬挂挂砝砝码的的方方法法给弹簧簧施施加加拉拉力力，，应保保持持弹簧簧位于位于竖直位置且直位置且处于平衡状于平衡状态C．用直尺．用直尺测得得弹簧的簧的长度即度即为弹簧的伸簧的伸长量量D．．用用几几个个不不同同的的弹簧簧，，分分别测出出几几组拉拉力力与与伸伸长量量，，得出拉力与伸得出拉力与伸长量之比相等量之比相等物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1解解析析：：本本题题主主要要考考查查使使用用弹弹簧簧时时应应注注意意的的问问题题，，还还有有用用图图象象法法来来描描述述弹弹簧簧的的弹弹力力与与其其伸伸长长量量间间的的关关系系．．本本实实验验中中应应以以需需要要研研究究的的一一根根弹弹簧簧为为实实验验对对象象，，在在弹弹性性限限度度内内通通过过增增减减砝砝码码的的数数目目，，以以改改变变对对弹弹簧簧的的拉拉力力，，来来探探索索弹弹力力与与弹簧伸长的关系，所以选弹簧伸长的关系，所以选A、、B.答案：答案：AB物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修12．．某某同同学学做做“探探究究弹力力和和弹簧簧伸伸长量量的的关关系系”实验，，他他先先把把弹簧簧平平放放在在桌桌面面上上使使其其自自然然伸伸长，，用用直直尺尺测出出弹簧簧的的原原长L0，，再再把把弹簧簧竖直直悬挂挂起起来来，，挂挂上上砝砝码后后测出出弹簧簧伸伸长后后的的长度度L，，把把L－－L0作作为弹簧簧的的伸伸长量量x，，这样操操作作，，由由于于弹簧簧自自身身重重力力的的影影响响，，最最后后画画出出的的图线可可能能是是下下图中中的哪一个的哪一个(　　　　)物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1解解析析：：原原长长的的测测量量值值小小于于真真实实值值，，设设误误差差为为Δl，，弹弹簧簧的的实实际际伸伸长长量量x′＝＝x－－Δl，，弹弹力力与与伸伸长长量量成成正正比比，，即即F＝＝k(x－－Δl)，所以最后的图线是，所以最后的图线是C.答案：答案：C物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修13．．某某同同学学在在做做“研研究究弹簧簧的的形形变量量与与外外力力的的关关系系”实验时，，将将一一轻弹簧簧竖直直悬挂挂让其其自自然然下下垂垂，，测出出其其自自然然长度度；；然然后后在在其其下下部部施施加加外外力力F，，测出出弹簧簧的的总长度度L，，改改变外外力力F的的大大小小，，测出出几几组数数据据，，作作了了外外力力F与与弹簧簧总长度度L的的关关系系图线如如图5所所示示．．(实验过程程是是在在弹簧簧的的弹性性限限度度内内进行的行的)图图5物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1由由图可知可知该弹簧的自然簧的自然长度度为________cm；；该弹簧的簧的劲度系数度系数为________N/m.答案：答案：10　　50物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修14．．(2010年年舟舟山山中中学学)在在研研究究弹簧簧的的形形变与与外外力力的的关关系系的的实验中中，，将将弹簧簧水水平平放放置置测出出其其自自然然长度度，，然然后后竖直直悬挂挂让其其自自然然下下垂垂，，在在其其下下端端竖直直向向下下施施加加外外力力F，，实验过程程是是在在弹簧簧的的弹性性限限度度内内进行行的的．．用用记录的的外外力力F与与弹簧簧的的形形变量量x作作出出F－－x图线如如图6所所示示，，由由图可可知知弹簧簧的的劲度度系系数数为________，，图线不不过坐坐标原原点点的的原原因因是是由由于于________________________________________________________________________．．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1图图6物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1答案：答案：200 N/m　弹簧自身有重力　弹簧自身有重力物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修15．．用用如如图7所所示示的的装装置置测定定弹簧簧的的劲度度系系数数，，被被测弹簧簧一一端端固固定定于于A点点，，另另一一端端B用用细绳绕过定定滑滑轮挂挂钩码，，旁旁边竖直直固固定定一一最最小小刻刻度度为mm的的刻刻度度尺尺，，当当挂挂两两个个钩码时，，绳上上一一定定点点P对应刻刻度度如如图乙乙ab虚虚线所所示示，，再再增增加加一一个个钩码后后，，P点点对应刻刻度度如如图乙乙cd虚虚线所所示示，，已已知知每每个个钩码质量量为50 g，，重重力力加加速速度度g＝＝9.8 m/s2，，则被被测弹簧簧的的劲度度系系数数 为 ______N/m.挂挂 三三 个个 钩 码 时 弹 簧簧 的的 形形 变 量量 为________cm.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1图图7物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1答案：答案：70　　2.10物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修16．．某某同同学学用用如如图8所所示示装装置置做做探探究究弹力力和和弹簧簧伸伸长关关系系的的实验．．他他先先测出出不不挂挂钩码时弹簧簧下下端端指指针所所指指的的标尺尺刻刻度度，，然然后后在在弹簧簧下下端端挂挂上上钩码，，并并逐逐个个增增加加钩码，，测出出指指针所所指指的的标尺尺刻刻度度，，所所得得数数据据列列表表如如下下：：(重重力力加加速速度度取取g＝＝9.8 m/s2)图图8物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(1)根根据据所所测数数据据，，在在如如图9所所示示的的坐坐标纸上上作作出出弹簧簧指指针所指的所指的标尺刻度尺刻度x与与钩码质量量m的关系曲的关系曲线．．钩码质量量m/102 g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度尺刻度x/10－－2 m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1图9(2)根根据据所所测得得的的数数据据和和关关系系曲曲线可可以以判判断断，，在在________N范范围内内弹力力大大小小与与弹簧簧伸伸长关关系系满足足胡胡克克定定律律，，这种种规格的格的弹簧的簧的劲度系数度系数为________N/m.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1解解析析：：本本例例主主要要考考查查用用图图象象法法处处理理数数据据的的方方法法，，以以及及根据实验结果根据实验结果(图象图象)判断分析实验结论的能力．判断分析实验结论的能力．(1)根根据据题题目目中中所所测测量量的的数数据据进进行行描描点点，，然然后后用用平平滑滑的的曲曲线线(或或直直线线)连连接接各各点点，，在在连连接接时时应应让让尽尽量量多多的的点点落落在上．线上．(偏偏差差比比较较大大的的点点舍舍去去)不不在线上上的的点点尽尽量量平平均均分分配配在的两侧，如图线的两侧，如图10.物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(2)根根据据所所画画图图象象可可以以看看出出，，当当m≤5.00×102 g＝＝0.5 kg时时，，标标尺尺刻刻度度x与与砝砝码码质质量量m成成正正比比例例函函数数关关系系，，所所以以当当F≤4.9 N范范围围内内弹弹力力大大小小与与弹弹簧簧伸伸长长关关系系满满足足胡胡克克定定律律．．由由胡胡克克定定律律F＝＝kΔx可可知知，，图图线线斜斜率率的的大大小小在在数数值值上上等等于于弹弹簧的劲度系数簧的劲度系数k，即，即物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1答案：答案：(1)见图见图10　　(2)4.9 N　　25.0 N/m图10物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修17．．(2010年年兰兰州州模模拟拟)用用纳米米技技术处理理过的的材材料料叫叫纳米米材材料料，，其其性性质与与处理理前前相相比比会会发生生很很多多变化化．．如如机机械械性性能能会会成成倍倍地地增增加加，，对光光的的反反射射能能力力会会变得得很很低低，，熔熔点点会会大大大地降低，甚至有特殊的磁性大地降低，甚至有特殊的磁性质．．现有有一一纳米米合合金金丝，，欲欲测出出其其伸伸长量量x与与所所受受到到的的拉拉力力F、、长度度L、截面直径、截面直径D的关系．的关系．物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(1)测量量上上述述物物理理量量需需要要的的主主要要器器材材是是：：____________、、________、、________等．等．(2)若若实验中中测量量的的数数据据如如下下表表，，根根据据这些些数数据据请写写出出x与与F、、L、、D间的的关关系系式式：：x＝＝________.(若若用用到到比比例例系系数数，，可用可用k表示表示)物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1长度度L/cm拉力拉力F/N伸伸长量量x/cm直径直径D/mm50.0100.0200.05.000.0400.200.400.8010.000.0400.400.801.605.000.0800.100.200.40物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1(3)在在研研究究并并得得到到上上述述关关系系的的过程程中中，，主主要要运运用用的的科科学学研究方法是研究方法是________(只需写出一种只需写出一种)．．(4)若若有有一一根根合合金金丝的的长度度为20 cm，，截截面面直直径径为0.200 mm，，使使用用中中要要求求其其伸伸长量量不不能能超超过原原长的的百百分分之之一一，，那那么么这根合金根合金丝能承受的最大拉力能承受的最大拉力为________N.解解析析：：(2)由由题题目目所所给给的的数数据据分分析析可可知知：：当当力力、、直直径径一一定定时时，，伸伸长长量量与与长长度度成成正正比比，，当当力力、、长长度度一一定定时时，，伸伸长长量量与与直直径径成成反反比比，，当当长长度度、、直直径径一一定定时时，，伸伸长长量量与与力力成成正正比，有：比，有：x＝＝kFL/D(取一组数据验证，式中的系数不为零取一组数据验证，式中的系数不为零)物理高考总复习人教版·新课标第一模块 必修1答答案案：：(1)弹弹簧簧测测力力计计　　刻刻度度尺尺　　螺螺旋旋测测微微器器　　(2)x＝　＝　(3)控制变量法　控制变量法　(4)62.5。