人教版 高中物理必修1课件-第3章 实验1 探究弹力和弹簧伸长的关系

人教版 高中物理必修1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 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 (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＝9.8 m/s2) 图实－1－3 砝码质量 m/×102 g 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 标尺刻度 x/×10－2 m 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50 (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＝20.00 cm， 利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000 mm， 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/N 5 10 15 20 25 伸长量x/cm 1.6 3.2 4.7 6.4 8.0 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)5×106 Pa