第一节探究形变与弹力的关系课件

盖州一高中高二物理,实验一,探究弹力和弹簧伸长的关系,实验一,1.,探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。,2.,学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。,1.,弹簧上的弹力与使它发生形变的外力在数值上是相等的，用,悬挂法测量弹簧的弹力时，当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。,2.,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求得，这样就可以定量研究,弹力与弹簧伸长量之间的关系了。,铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸,1.探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。1.弹簧上的弹力与使它发,一、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,l,0,，即原长。,2.,如图所示，在弹簧下端挂质量为,m,1,的钩码，量出此时弹簧的长度,l,1,，记录,m,1,和,l,1,，填入设计的表格中。,一、实验步骤2.如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出,3.,改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录,m,2,、,m,3,、,m,4,、,m,5,和相应的弹簧长度,l,2,、,l,3,、,l,4,、,l,5,，并得出每次弹簧的伸,长量,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,。,钩码个数,长度,伸长量,x,钩码质量,m,弹力,F,0,l,0,=,1,l,1,=,x,1,=,l,1,-,l,0,=,m,1,=,F,1,=,2,l,2,=,x,2,=,l,2,-,l,0,=,m,2,=,F,2,=,5,l,5,=,x,5,=,l,5,-,l,0,=,m,5,=,F,5,=,3.改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、,二、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。按图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线,(,包括直线,),，所画的点不一定都正好在这条线上，但要注意使各点大致均匀分布在曲线两侧，个别点若偏离较大，可以舍去，得出弹力,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，写出曲线所代表的函数。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。,二、数据处理2.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数,1.,本实验中的误差来源主要在哪几个方面？如何减小误差？,提示：,(1),本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定,造成读取弹簧长度时产生误差，因此，使弹簧的悬挂端固定，,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，当弹簧及钩码停止,上下振动处于,静止状态,时测量弹簧的长度，可以提高实验的精,确度。,1.本实验中的误差来源主要在哪几个方面？如何减小误差？,(2),弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，测量时,视线平视准确读数，尽量精确地测量弹簧的长度。,(3),弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力影响也会带来系统误,差。为减小误差,实验中应使用轻质弹簧。,(4),在,F-x,图像上描点、作图不准确也会引起误差，所以，每次,所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标纸上描的点尽可能,稀,这样作出的图线更精确。,(2)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，测量时,2.,本实验中，采用图像法处理数据，描点连线时应注意什么,原则？,提示：,描点连线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应,注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。,3.,本实验可以做何改进？,提示：,在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，也可以不,测量弹簧的自然长度，而以弹簧的总长作为自变量，弹力为函,数，作出弹力随弹簧长度变化的关系图线。这样可避免因测弹,簧的自然长度而带来的误差。,2.本实验中，采用图像法处理数据，描点连线时应注意什么3.本,类型一,实验原理及数据处理,【,典例,1】,(2012,广东高考,),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,_(,选填“水平”或“竖直”,),方向。,竖直,类型一 实验原理及数据处理 竖直,(2),弹簧自然悬挂,待弹簧,_,时,长度记为,L,0,;,弹簧下端挂上砝,码盘时,长度记为,L,x,;,在砝码盘中每次增加,10 g,砝码,弹簧长度,依次记为,L,1,至,L,6,数据如表,:,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,_,。,代表符号,L,0,L,x,L,1,L,2,L,3,L,4,L,5,L,6,数值,/cm,25.35,27.35,29.35,31.30,33.4,3,5.35,37.40,39.30,静止,L,3,1mm,(2)弹簧自然悬挂,待弹簧_时,长度记为L0;弹簧下端,(3),如图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,_(,选填“,L,0,”,或“,L,x,”),的差值。,(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(,结果保留两位有效数字,重力加速度取,9.8 m/s,2,),。,Lx,4.9,10,(3)如图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横(,【,解析,】,(1),略。,(2),略。,(3),由题图可知，在纵轴每增加,0.01 kg,时，横轴,x,的增加量为,210,-2,m,，弹簧长度,L,1,与,L,0,的差值为,410,-2,m,，所以横轴是弹,簧长度与,L,x,的差值。,(4),由题图可知，弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速度的乘,积，即,k,，砝码盘的质量,答案：,(1),竖直,(2),静止,L,3,1 mm (3)L,x,(4)4.9 10,【解析】(1)略。(2)略。,类型二,实验创新设计,【,典例,2】,用如图装置来探究弹力和弹簧伸长量的关系，所挂,钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。实验时先测,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。,类型二 实验创新设计,(1),有一个同学通过以上实验测量后把,6,组数据描点在坐标图,中，请作出,F-L,图线。,(2),根据,F-L,图线可得出该弹簧的原长,L,0,_cm,，劲度系数,k,_N/m,。,(3),根据该同学的实验情况，请你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,),。,5,20,(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图(2,【,解析,】,(1),描点连线法。用平滑的曲线将各点连接起来，使,点落在图线上,不能落在线上的点均匀分布在图线两侧,偏离图,线过远的点应舍去,如图所示。,【解析】(1)描点连线法。用平滑的曲线将各点连接起来，使,(2),弹簧的原长,L,0,即为弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，,L,0,510,-2,m,5 cm,。,劲度系数为图像直线部分的斜率，,k,20 N/m,。,(3),实验应记录弹力,(,钩码重力,),和对应弹力的弹簧长度。记录,数据的表格如表,:,答案,:,见解析,次数,1,2,3,4,5,6,弹力,F/N,弹簧的长度,L/10,-2,m,(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，次,第一节探究形变与弹力的关系课件,第一节探究形变与弹力的关系课件,第一节探究形变与弹力的关系课件,第一节探究形变与弹力的关系课件,实验二,验证力的平行四边形定则,实验二,1.,验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。,2.,练习使用弹簧测力计。,使一个力,F,的作用效果和两个力,F,1,、,F,2,的共同作用效果相同，就是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以,F,就是,F,1,、,F,2,的合力，作出,F,的图示。再根据平行四边形定则作出,F,1,、,F,2,的合力,F,的图示，比较,F,和,F,的大小和方向是否相同。,方木板、白纸、弹簧测力计,(,两只,),、橡皮条、细绳套,(,两个,),、,三角板、刻度尺、图钉,(,若干,),、铅笔,1.验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。使一个力F,一、实验步骤,1.,用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。,2.,用图钉把橡皮条的一端固定在,A,点，橡皮条的另一端拴上两,个细绳套。,一、实验步骤,3.,用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，,使橡皮条伸长到某一位置,O,，如图所示，,记录两弹簧测力计的,读数,F,1,和,F,2,，用铅笔,描下,O,点的位置,及,此时两细绳套的方向,。,4.,只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点,拉到同样的位置,O,，,记下弹簧测力计的读数,F,和细绳套的方向,。,5.,改变两个力,F,1,与,F,2,的大小和夹角再重复实验两次。,3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，4.,二、数据处理,1.,用铅笔和刻度尺从结点,O,沿两条细绳套的方向画直线，按选,定的标度作出这两只弹簧测力计的读数,F,1,和,F,2,的图示，并以,F,1,和,F,2,为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过,O,点画平行四,边形的对角线，此对角线即为合力,F,的图示。,2.,用刻度尺从,O,点按同样的标度沿记录的,F,的方向作出这只弹,簧测力计的拉力,F,的图示。,3.,比较,F,和用平行四边形定则求出的合力,F,在大小和方向上是,否相同。,二、数据处理,1.,在实验中，每次都必须保证结点的位置保持不变,这体现了,怎样的物理思想方法？若仅保持两次橡皮条的伸长长度相同而,不使橡皮条的结点拉到同一位置,能否验证平行四边形定则？,提示：,(1),每次实验须保证结点位置保持不变,是为了使合力的,作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效,替换的思想方法。,(2),由于力是矢量，不仅有大小,还有方向，若两次橡皮条的伸,长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同,不满足合力,与分力的关系,不能验证平行四边形定则。,1.在实验中，每次都必须保证结点的位置保持不变,这体现了提示,2.,本实验中对两只弹簧测力计有何要求？使用时应注意哪些问,题？,提示：,(1),本实验中的两只弹簧测力计的选取方法：将两只弹,簧测力计调零后互钩水平对拉过程中，读数相同，则可选；若,读数不同，应另换或调校，直至相同为止。,(2),使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它,的测量范围。,(3),被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧,及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。,(4),读数时应正对、平视刻度。,2.本实验中对两只弹簧测力计有何要求？使用时应注意哪些问,3.,本实验中哪些方面容易导致误差的产生？如何减小误差？,提示：,(1),读数误差。减小读数误差的方法：选择相同的弹簧,测力计并调整好零刻度；弹簧测力计指示数值在允许的情况,下，尽量大一些，读数时视线要垂直于刻度盘，要按有效数字,正确读数和记录。,(2),作图误差。减小作图误差的方法：严格作图，作图时两力,的对边一定要平行，两个分力,F,1,、,F,2,间的夹角越大，用平行四,边形作出的合力,F,的误差就越大，但也不宜过小，所以实验中,不要把,F,1,、,F,2,间的夹角取得太大，但也不宜过小，以,60,到,120,之间为宜。,3.本实验中哪些方面容易导致误差的产生？如何减小误差？,类型一,对实验步骤的理解,【,典例,1】,(2013,大庆高一检测,),某同学做“验证力的平行四,边形定则”实验时，主要步骤是,A.,在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把,白纸钉在方木板上；,B.,用图钉把橡皮条的一端固定在板上的,A,点，在橡皮条的另一,端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；,类型一 对实验步骤的理解,C.,用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使,橡皮条伸长，结点到达某一位置,O,，记下,O,点的位置，读出两个,弹簧测力计的示