2020-2021学年高一物理教科版必修一学案：2.3-弹力-第二课时-Word版含解析.docx

2.3 弹力 其次课时试验：探究弹力与弹簧伸长的关系目标定位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、函数法处理试验数据.3.能依据Fx、Fl图象求出弹簧的劲度系数1试验原理：(1)如图1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大小相等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x可以用弹簧的长度减去原长来求得图1(2)建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出试验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，依据试验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系想一想：在探究弹簧的形变与外力的关系的试验中，测量原长水平放置与竖直放置有什么区分？答案1.水平放置的原长小于竖直放置的原长竖直放置时，弹簧重力把弹簧拉长了，所以测得的原长大.2.在做试验时应当考虑弹簧的质量带来的影响，水平使用时，原长指弹簧本身的长度(水平测得的原长)竖直使用时，原长指弹簧受重力，发生形变后的总长(竖直测得的原长)2试验器材：轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、坐标纸.一、试验步骤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l0，即原长2如图1乙所示，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转变所挂钩码的质量，重复2步骤，记录m2、m3、m4、m5、和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、.4计算出每次弹簧的伸长量x(xll0)和弹簧受到的拉力F(Fmg)，并将数据填入表格.1234567F/N0l/cmx/cm0二、数据处理1建立直角坐标系，以F为纵轴，x为横轴，依据测量数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，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系首先尝试一次函数，假如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三、误差分析1读数和作图时会带来偶然误差为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据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，试验中应使用轻质弹簧四、留意事项1试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，应区分弹簧原长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3记录数据时要留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线典例精析例1(1)在“探究弹力和弹簧伸长量之间的关系”的试验中，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时，应竖直悬挂弹簧，挂在弹簧下端的钩码应处于静止状态C用直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，分别测出它们所受的拉力与伸长量，可得出拉力与伸长量之比相等(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量之间的关系”的试验，他先把弹簧秤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，挂上钩码，平衡后测出其长度L，令xLL0.转变钩码数，进行多次测量，用F表示弹簧下端受到的钩码的拉力，则如下所示的Fx图线，你认为符合实际状况的是()解析(1)试验时弹簧被拉伸的长度不能超出它的弹性限度，A正确；要使弹簧的弹力等于砝码重力的大小，应竖直悬挂弹簧，且要使弹簧下端的钩码处于静止状态，B正确；弹簧的伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长，C错误；不同的弹簧的劲度系数不同，所以拉力与伸长量之比不相等，D错误(2)由于弹簧秤是被放在水平桌面上测得的原长，然后把弹簧竖直悬挂起来后，由于重力的作用，弹簧的长度会增大，所以图线应消灭x轴上的截距，C正确，A、B、D错误答案(1)AB(2)C针对训练用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知质量的钩码，来测定某个不太重的物体有多重，该怎么做？解析(1)将弹簧上端固定在支架上，下端挂上钩码(质量已知为m)，测出弹簧伸长x.(2)将钩码取下换上待测物体，测出弹簧伸长x.(3)待测物体的重力x答案见解析例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_(填“水平”或“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.代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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_(3)图2是该同学依据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_(填“L0”或“Lx”)的差值图2(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g取9.8 m/s2)解析(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向(2)弹簧静止稳定时，记录原长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，最终一位应为估读值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)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kN/m4.9 N/m同理，砝码盘质量mkg0.01 kg10 g.答案(1)竖直(2)静止L31 mm(3)Lx(4)4.910针对训练在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的试验中，某试验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，依据试验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，如图3所示，依据图象回答以下问题：图3(1)弹簧的原长为_(2)弹簧的劲度系数为_(3)分析图象，总结出弹簧弹力F与弹簧总长L之间的关系式为_解析钩码的重力即等于其对弹簧的拉力，又依据胡克定律Fkxk(LL0)，所以图线在横轴上的截距表示弹簧原长，斜率表示劲度系数，故L010 cm，kN/m1000 N/m，即F1000(L0.10) N.答案(1)10 cm (2)1000 N/m(3)F1000(L0.10) N