高中物理必修1教学课件：第3章 实验1 探究弹力和弹簧伸长的关系

一、实验目的(1)探究弹力与弹簧伸长量之间的关系。(2)学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。(3)验证胡克定律。二、实验原理1．用悬挂法测量弹簧的弹力F弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等，在弹簧下端悬挂不同的钩码个数，并分别求出重力，从而得到弹簧弹力。 2．测出弹簧的伸长量x弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得。3．探究弹力和弹簧伸长的关系建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(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，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。 四、实验步骤(1)按图实－1－1安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。图实－1－1 1234567F/N0l/cmx/cm0(3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。 五、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，如图实－1－2所示。图实－1－2 六、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。七、误差分析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，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点。 [例1]在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是()A．所挂钩码越多，作出的图线越精确，误差越小B．用悬挂砝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．用直尺测量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 [解析]弹簧的伸长量是指弹簧伸长后的长度减去弹簧的原长，故C错误；做实验时要用同一个弹簧来测量，故D错误，实验时所挂钩码不可过重，以免超过弹簧的弹性限度，A错误，因此只有B项正确。[答案]B [例2]某同学用如图实－1－3所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上1个钩码，并逐渐增加钩码的个数，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取g＝9.8m/s2)图实－1－3 砝码质量m/×102g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/×10－2m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据，在如图实－1－4所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。 图实－1－4(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在________N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格的弹簧的颈度系数为________N/m。 [解析](1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线上。(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分布在线的两侧，如图所示。 [答案]见解析 (2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图实－1－5所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L＝20.00cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000mm，那么测量工具a应该是________，测量工具b应该是________。图实－1－5 (3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.0请作出F－x图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________N/m。(4)这种橡皮筋的Y值等于_________。 [答案](1)D(2)毫米刻度尺　螺旋测微器(3)图像见解析图3.1×102(4)5×106Pa