人教版 (2019)必修第一冊第三章相互作用——力4 力的合成和分解學(xué)案設(shè)計-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系[學(xué)習(xí)目標]　1.學(xué)會探究彈簧彈力與形變量之間的關(guān)系.2.會利用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù).3.能根據(jù)F－x圖像求出彈簧的勁度系數(shù)．一、實驗原理1．如圖1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．圖12．彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由伸長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算．這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了．二、實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標紙．三、實驗步驟1．按實驗原理圖安裝實驗裝置，記下彈簧自由下垂時下端所對應(yīng)的刻度l0.2．在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力．3．增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長度，x＝l－l0表示彈簧的伸長量. 1234567F/N0 l/cm x/cm0 四、數(shù)據(jù)處理1．建立如圖2所示的直角坐標系，以彈簧的彈力F為縱軸、以彈簧伸長量x為橫軸，根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，作出F－x圖像．圖22．以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖像所代表的函數(shù)．首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)．3．得出彈簧彈力和伸長量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義．五、注意事項1．盡量選輕質(zhì)彈簧以減小彈簧自身重力帶來的影響．2．實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，避免超出彈簧的彈性限度．3．測量長度時，應(yīng)區(qū)別彈簧原長l0、實際長度l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系．為了減小彈簧自身重力帶來的影響，測彈簧原長時應(yīng)讓彈簧在不掛鉤碼時保持自由下垂狀態(tài)，而不是平放在水平面上．4．記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與形變量的對應(yīng)關(guān)系及單位．5．描點作圖時，應(yīng)使盡量多的點落在畫出的線上，可允許少數(shù)點均勻分布于線兩側(cè)，偏離太大的點應(yīng)舍去，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線或直線．一、實驗原理及操作某同學(xué)做“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實驗．圖3(1)圖3甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量為________cm.(2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是______．(填選項前的字母)A．逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重量B．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重量(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量x與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________________.答案　(1)6.93　(2)A　(3)彈簧形變量超出彈簧的彈性限度解析　(1)由題圖乙標尺刻度可知示數(shù)l2＝14.66 cm，所以彈簧的伸長量為Δl＝l2－l1＝6.93 cm.(2)為防止彈簧超出彈性限度，應(yīng)逐漸增加鉤碼的重量，故選項A正確．(3)由題圖丙知AB段伸長量與彈力不成線性關(guān)系，主要原因是鉤碼重力過大，導(dǎo)致彈簧形變量超出彈簧的彈性限度．二、實驗數(shù)據(jù)的處理某同學(xué)做“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”的實驗時，設(shè)計了如圖4甲所示的實驗裝置，將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將毫米刻度尺固定在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上．他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，然后在彈簧下端依次掛1、2、3、4、5個鉤碼，測出彈簧相應(yīng)的總長度．每個鉤碼的質(zhì)量都是10 g．實驗數(shù)據(jù)見下表．(g取10 N/kg)圖4鉤碼質(zhì)量m/g01020304050彈簧總長度l/cm3.003.504.004.505.005.50彈力大小F/N00.10.20.30.40.5 (1)關(guān)于本實驗，下列說法正確的是________．A．懸掛鉤碼時，應(yīng)在鉤碼靜止后再讀數(shù)B．應(yīng)在彈簧的彈性限度范圍內(nèi)進行測量C．在安裝刻度尺時，必須使刻度尺保持豎直狀態(tài)D．在測量彈簧原長時，應(yīng)將彈簧平放在水平桌面上，使其自然伸長，并測出其長度(2)根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標紙上，作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度l之間的關(guān)系圖像，并求出該彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m，原長l0＝________ cm.(3)一個實驗小組在“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”的實驗中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈簧彈力與彈簧長度之間關(guān)系的圖像如圖丙所示．下列表述正確的是________．A．a的原長比b的短B．a的勁度系數(shù)比b的小C．a的勁度系數(shù)比b的大D．測得的彈力與彈簧的長度成正比答案　(1)ABC　(2)見解析圖　20　3.00　(3)AC解析　(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點連線，就能得到F－l圖像，如圖所示，圖線的斜率大小表示彈簧的勁度系數(shù)，解得k＝20 N/m.當(dāng)F＝0時，彈簧長度為原長，l0＝3.00 cm.(3)在F－l圖像中，當(dāng)彈簧的彈力為零時，彈簧處于原長，故b的原長大于a的原長，故A正確；斜率表示勁度系數(shù)，故a的勁度系數(shù)大于b的勁度系數(shù)，故B錯誤，C正確；彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比，故D錯誤．三、創(chuàng)新實驗在“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖5所示．所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右的恒定拉力．實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．圖5(1)有一個同學(xué)把通過以上實驗測量得到的6組數(shù)據(jù)在圖6坐標系中描點，請作出F－L圖線．圖6(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________ cm，勁度系數(shù)k＝________ N/m.(3)該同學(xué)實驗時把彈簧水平放置，與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：_________________，缺點在于：______________________.答案　見解析解析　(1)F—L圖線如圖所示：(2)彈簧的原長L0即彈簧彈力為零時彈簧的長度，由題圖可知，L0＝5×10－2 m＝5 cm.勁度系數(shù)為圖像直線部分的斜率，k＝20 N/m.(3)優(yōu)點：可以避免彈簧自身重力對實驗的影響．缺點：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在摩擦，會造成實驗誤差．1．在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實驗中，彈簧彈力的大小為F，彈簧的形變量(伸長量或壓縮量)為x，下列說法正確的是(　　)A．實驗中勁度系數(shù)k的具體數(shù)值只能用逐個計算的方法求出來，而沒有其他的方法B．如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度l代替x，F－l圖線也是一條過原點的直線C．利用F－x圖線可求出勁度系數(shù)kD．實驗時要把所有點連到線上，才能探索得到真實規(guī)律答案　C解析　該實驗中進行數(shù)據(jù)處理，可以采用圖像法，并非只能用逐個計算的方法來求勁度系數(shù)k，故A錯誤；用彈簧長度l代替x，F－l圖線不過原點，故B錯誤；在F－x圖像中圖線的斜率表示勁度系數(shù)，故利用F－x圖線可以求出k的值，故C正確；實驗時并非把所有點連到線上，而是讓線穿過盡量多的點，不能穿過的點均勻分布在線的兩側(cè)，故D錯誤．2．圖1甲為某同學(xué)用力傳感器“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”的實驗情景．用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出)．所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中：拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69標尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00圖1(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為________ cm.(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖丙坐標紙上作出F與x的關(guān)系圖像．(3)由圖像求出該彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m，彈簧的原長為________ cm.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)答案　(1)63.60　(2)見解析圖　(3)24.8　55.2解析　(1)由題圖乙可知，刻度尺的最小分度值為0.1 cm，故讀數(shù)為63.60 cm.(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，利用描點法作出對應(yīng)的圖像如圖所示：(3)由胡克定律可知，圖像的斜率表示勁度系數(shù)，則k＝＝ N/m≈24.8 N/m，圖線與橫軸的交點表示彈簧的原長，則可知彈簧原長為55.2 cm.3．在“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實驗中．(1)以下是小明同學(xué)準備完成的實驗步驟，請你幫他按操作的先后順序，用字母排列出來________．A．以彈力為橫軸、形變量為縱軸建立直角坐標系，用描點法作出實驗圖像B．記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度L0C．將鐵架臺固定于水平桌面上，并將彈簧的上端系于橫桿上，在彈簧附近豎直固定刻度尺D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個…鉤碼，當(dāng)鉤碼靜止時，記下彈簧下端所對應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)E．以彈簧形變量為自變量，寫出彈簧彈力與形變量的關(guān)系式F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義(2)小華同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進行實驗，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖2所示的圖像，根據(jù)圖像，可計算得到兩個彈簧的勁度系數(shù)分別為k甲＝_______ N/m，k乙＝_______ N/m.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)圖2(3)從圖像上看，圖像上端為曲線，說明該同學(xué)沒能完全按實驗要求做，圖像上端成為曲線是因為________________________________，若要制作一個精確度較高(即勁度系數(shù)較小)的彈簧測力計，應(yīng)選彈簧________(選填“甲”或“乙”)．答案　(1)CBDAEF　(2)66.7　200　(3)彈力過大，超過彈簧彈性限度　甲解析　(1)在“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實驗中，應(yīng)先組裝器材，然后進行實驗，最后處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．實驗操作的先后順序為CBDAEF.(2)根據(jù)胡克定律得兩個彈簧的勁度系數(shù)分別為k甲＝＝≈66.7 N/m，k乙＝＝＝200 N/m.(3)題圖圖像上端向上彎曲的原因是彈力過大，超過彈簧的彈性限度．從圖像上可以看出甲的斜率大于乙的斜率，因為題圖圖像中縱軸為形變量，橫軸為彈力，斜率的倒數(shù)表示勁度系數(shù)，所以甲彈簧的勁度系數(shù)較小，因此用其制成的彈簧測力計精確度高．4．某同學(xué)“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”．(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)．彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在________方向(選填“水平”或“豎直”)．(2)彈簧自然懸掛，待彈簧________時，長度記為L0；彈簧下端掛上砝碼盤時，彈簧長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6.數(shù)據(jù)如下表．代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30 表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為________．由表可知所用刻度尺的最小分度為________．(3)如圖3甲所示是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出的圖線，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與________的差值(選填“L0”或“Lx”)．圖3(4)由圖甲可知彈簧的勁度系數(shù)為_______ N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為______ g．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 N/kg)(5)如圖乙所示是另一組同學(xué)實驗得到彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F－x圖線，由此可求出該組同學(xué)所用彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．圖線不過原點的原因是______________________．答案　(1)豎直　(2)靜止　L3　1 mm　(3)Lx　(4)4.9　10　(5)200　彈簧自身存在重力解析　(1)為保證彈簧的拉力與砝碼盤和砝碼的重力大小相等，彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向．(2)彈簧靜止時，記錄長度L0；表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范，標準數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm單位的后兩位小數(shù)，最后一位應(yīng)為估讀值，所以刻度尺的最小分度為1 mm.(3)由題圖甲知所掛砝碼質(zhì)量為0時，x為0，所以x＝L－Lx(L為彈簧長度)．(4)由胡克定律F＝kx知，mg＝k(L－Lx)，即mg＝kx，所以圖線斜率為，則彈簧的勁度系數(shù)k＝g＝ N/m＝4.9 N/m.同理，砝碼盤的質(zhì)量m0＝＝ kg＝0.01 kg＝10 g.(5)F－x圖像中圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，則題圖乙中的斜率k＝ N/m＝200 N/m；圖線不過原點說明沒有力時彈簧有了形變量，故說明受到彈簧自身的重力的影響．

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案更多

相關(guān)學(xué)案

相關(guān)學(xué)案 更多

相關(guān)學(xué)案更多