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高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力课文配套ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力课文配套ppt课件，共47页。PPT课件主要包含了实验探究•方案梳理，实验热点•探究突破，随堂训练，答案1，2如图所示，拓展创新等内容，欢迎下载使用。
实验目的1.探究弹簧弹力与形变量之间的关系。2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。3.能根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。
实验原理1.弹簧的弹力F的测量:弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大小与所挂钩码的重力大小相等,即F=mg。2.弹簧的伸长量x的确定:弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出,弹簧的伸长量x=l-l0。3.作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像,根据图像分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。
实验步骤1.安装实验仪器(如图所示)。
2.测量弹簧的形变量(或总长)及弹簧弹力(弹簧弹力等于钩码的重力),列表做记录,要尽可能多测几组数据。
3.根据所测数据在坐标纸上描点,以弹簧弹力为纵坐标,以弹簧的形变量为横坐标。4.按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。5.以弹簧的形变量为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数。
数据处理1.列表法。将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧形变量x的比值在误差允许范围内是相等的。2.图像法。以弹簧形变量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。3.函数法。弹力F与弹簧形变量x满足F=kx的关系。
注意事项1.不要超过弹簧的弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。2.尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。3.观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。4.统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。
误差分析1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。
热点1 实验原理与操作
典例剖析【例1】 如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有 。 (2)实验中需要测量的物理量有 。 (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图像,由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。图线不过原点是由于 。
(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来。B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0。C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺。D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码。
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数。F.解释函数表达式中常数的物理意义。G.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来: 。
答案:(1)毫米刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或弹簧受力时的伸长量)(3)200 弹簧自重 (4)CBDAEFG
解析:(1)根据实验原理可知还需要毫米刻度尺来测量弹簧原长和形变量。(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或弹簧受力时的伸长量)。(3)取图像中(0.5 cm,0)和(3.5 cm,6 N)两个点,代入F=kx可得k=200 N/m。由于弹簧自重,使得弹簧不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
学以致用1.在探究弹簧弹力与形变量的关系实验中:(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竖直方向。(2)弹簧自然悬挂,待弹簧静止时,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。
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分度值为 。 (3)下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“l0”或“lx”)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(重力加速度g取9.8 N/kg)。 答案:(2)l3 1 mm (3)lx (4)4.9 10
解析:(2)弹簧静止时,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,最后一位应为估读值,精确至0.1 mm,所以刻度尺的分度值为1 mm。(3)由题图知所挂砝码质量为0时,x为0,所以x=l-lx(l为弹簧长度)。
热点2 实验数据处理
典例剖析【例2】一位同学做探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系的实验,所测的几组数据见下表,请你根据表中数据作出分析。
(1)算出每一次弹簧的伸长量,并将结果填在表中的空格内。(2)在坐标图上作出F-x图线。
(3)写出图线的函数表达式(x用cm作单位): 。(4)函数表达式中常数的物理意义: 。
(3)F=0.5x(N)(4)弹簧的劲度系数
解析:(2)根据表格数据在F-x坐标图上描点,根据描的点作直线,使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直线两侧)。(3)根据(2)中的F-x图线知,F与x是正比例函数,设表达式为F=kx,将F=0.5 N、x=1.0 cm代入得k=0.5 N/cm故函数表达式为F=0.5x(N)。
2.图像分析法: (1)要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数据特点正确确定坐标起点,使所作出的图像几乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标起点可以不从零开始选择。 (2)作图线时,尽可能使直线通过较多坐标描点,不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远,则是因实验中存在错误所致,应舍去)。
学以致用2.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验。
(1)实验中还需要的测量工具有 。 (2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x。由图可知,图线不通过原点的原因是 ;弹簧的劲度系数k= N/m(计算结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)。 (3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像,下列说法正确的是( )A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.弹力与弹簧长度成正比
答案:(1)毫米刻度尺(2)弹簧有重力 5.1(3)B
热点3 实验探究拓展
典例剖析【例3】在探究弹力和弹簧伸长量的关系,并测定弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图所示。钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。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。
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系下图中,请作出F-l图线。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长l0= cm,劲度系数k= N/m。 (3)试根据该同学以上的实验情况,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)。(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,优点在于: ,缺点在于: 。
答案:(1)F-l图线如图所示。
(3)记录数据的表格如下表
(4)可以避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差解析:(2)弹簧的原长l0即弹力为零时弹簧的长度,由图像可知, l0=5×10-2 m=5 cm。劲度系数为图像直线部分的斜率,k=20 N/m。
特别提醒 1.在探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,考虑到实验的改进,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带来的误差。 2.此时图线如图所示,其中与横轴交点为弹簧原长l0,图线斜率为弹簧劲度系数k。
学以致用3.(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度l关系实验时,得到如图所示的F-l图像,由图像可知:弹簧原长l0= cm,求得弹簧的劲度系数k= N/m。
(2)按如图的方式挂上钩码(已知每个钩码重G=1 N),使(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图乙,则指针所指刻度尺示数为 cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为 。
答案:(1)3.0 200 (2)1.50 3
解析:(1)由胡克定律得F=k(l-l0)结合题图甲中数据得l0=3.0 cm,k=200 N/m。(2)由题图乙知指针所示刻度为1.50 cm,由F=k(l0-l),可求得此时弹力为F=3 N,故所挂钩码的个数为3。
1.某同学在探究弹力和弹簧伸长的关系时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图甲所示,图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(分度值是1 mm)上位置的放大图,示数l1= cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2= N(当地重力加速度g取9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是 ,作出F-x曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。
答案:25.85 0.98 弹簧原长
解析:题图乙中示数可估读为25.85 cm。挂2个钩码时,弹簧弹力等于钩码的重力,即F2=2mg=0.98 N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长,因此要得到伸长量,还需要测量弹簧原长。
2.在探究弹力和弹簧伸长关系的实验中,某实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,根据实验所测数据,利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长l的关系图像,根据图像回答以下问题。 (1)弹簧的原长为 cm。 (2)弹簧的劲度系数为 N/m。 (3)分析图像,总结出弹力F跟弹簧长度l之间的关系式为 。(l以m为单位) 答案:(1)10 (2)1 000 (3)F=1 000(l-0.10) N
实验目的1.探究弹簧弹力与形变量之间的关系。2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。3.能根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。
实验原理1.弹簧的弹力F的测量:弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大小与所挂钩码的重力大小相等,即F=mg。2.弹簧的伸长量x的确定:弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出,弹簧的伸长量x=l-l0。3.作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像,根据图像分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。
实验步骤1.安装实验仪器(如图所示)。
2.测量弹簧的形变量(或总长)及弹簧弹力(弹簧弹力等于钩码的重力),列表做记录,要尽可能多测几组数据。
3.根据所测数据在坐标纸上描点,以弹簧弹力为纵坐标,以弹簧的形变量为横坐标。4.按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。5.以弹簧的形变量为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数。
数据处理1.列表法。将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧形变量x的比值在误差允许范围内是相等的。2.图像法。以弹簧形变量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。3.函数法。弹力F与弹簧形变量x满足F=kx的关系。
注意事项1.不要超过弹簧的弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。2.尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。3.观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。4.统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。
误差分析1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。
热点1 实验原理与操作
典例剖析【例1】 如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有 。 (2)实验中需要测量的物理量有 。 (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图像,由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。图线不过原点是由于 。
(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来。B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0。C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺。D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码。
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数。F.解释函数表达式中常数的物理意义。G.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来: 。
答案:(1)毫米刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或弹簧受力时的伸长量)(3)200 弹簧自重 (4)CBDAEFG
解析:(1)根据实验原理可知还需要毫米刻度尺来测量弹簧原长和形变量。(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力和弹簧受力时的长度(或弹簧受力时的伸长量)。(3)取图像中(0.5 cm,0)和(3.5 cm,6 N)两个点,代入F=kx可得k=200 N/m。由于弹簧自重,使得弹簧不加外力时就有形变量。(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
学以致用1.在探究弹簧弹力与形变量的关系实验中:(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竖直方向。(2)弹簧自然悬挂,待弹簧静止时,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。
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分度值为 。 (3)下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“l0”或“lx”)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(重力加速度g取9.8 N/kg)。 答案:(2)l3 1 mm (3)lx (4)4.9 10
解析:(2)弹簧静止时,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,最后一位应为估读值,精确至0.1 mm,所以刻度尺的分度值为1 mm。(3)由题图知所挂砝码质量为0时,x为0,所以x=l-lx(l为弹簧长度)。
热点2 实验数据处理
典例剖析【例2】一位同学做探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系的实验,所测的几组数据见下表,请你根据表中数据作出分析。
(1)算出每一次弹簧的伸长量,并将结果填在表中的空格内。(2)在坐标图上作出F-x图线。
(3)写出图线的函数表达式(x用cm作单位): 。(4)函数表达式中常数的物理意义: 。
(3)F=0.5x(N)(4)弹簧的劲度系数
解析:(2)根据表格数据在F-x坐标图上描点,根据描的点作直线,使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直线两侧)。(3)根据(2)中的F-x图线知,F与x是正比例函数,设表达式为F=kx,将F=0.5 N、x=1.0 cm代入得k=0.5 N/cm故函数表达式为F=0.5x(N)。
2.图像分析法: (1)要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数据特点正确确定坐标起点,使所作出的图像几乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标起点可以不从零开始选择。 (2)作图线时,尽可能使直线通过较多坐标描点,不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远,则是因实验中存在错误所致,应舍去)。
学以致用2.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验。
(1)实验中还需要的测量工具有 。 (2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x。由图可知,图线不通过原点的原因是 ;弹簧的劲度系数k= N/m(计算结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)。 (3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像,下列说法正确的是( )A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.弹力与弹簧长度成正比
答案:(1)毫米刻度尺(2)弹簧有重力 5.1(3)B
热点3 实验探究拓展
典例剖析【例3】在探究弹力和弹簧伸长量的关系,并测定弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图所示。钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。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。
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系下图中,请作出F-l图线。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长l0= cm,劲度系数k= N/m。 (3)试根据该同学以上的实验情况,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)。(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,优点在于: ,缺点在于: 。
答案:(1)F-l图线如图所示。
(3)记录数据的表格如下表
(4)可以避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差解析:(2)弹簧的原长l0即弹力为零时弹簧的长度,由图像可知, l0=5×10-2 m=5 cm。劲度系数为图像直线部分的斜率,k=20 N/m。
特别提醒 1.在探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,考虑到实验的改进,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带来的误差。 2.此时图线如图所示,其中与横轴交点为弹簧原长l0,图线斜率为弹簧劲度系数k。
学以致用3.(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度l关系实验时,得到如图所示的F-l图像,由图像可知:弹簧原长l0= cm,求得弹簧的劲度系数k= N/m。
(2)按如图的方式挂上钩码(已知每个钩码重G=1 N),使(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图乙,则指针所指刻度尺示数为 cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为 。
答案:(1)3.0 200 (2)1.50 3
解析:(1)由胡克定律得F=k(l-l0)结合题图甲中数据得l0=3.0 cm,k=200 N/m。(2)由题图乙知指针所示刻度为1.50 cm,由F=k(l0-l),可求得此时弹力为F=3 N,故所挂钩码的个数为3。
1.某同学在探究弹力和弹簧伸长的关系时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图甲所示,图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(分度值是1 mm)上位置的放大图,示数l1= cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2= N(当地重力加速度g取9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是 ,作出F-x曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。
答案:25.85 0.98 弹簧原长
解析:题图乙中示数可估读为25.85 cm。挂2个钩码时,弹簧弹力等于钩码的重力,即F2=2mg=0.98 N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长,因此要得到伸长量,还需要测量弹簧原长。
2.在探究弹力和弹簧伸长关系的实验中,某实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,根据实验所测数据,利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长l的关系图像,根据图像回答以下问题。 (1)弹簧的原长为 cm。 (2)弹簧的劲度系数为 N/m。 (3)分析图像,总结出弹力F跟弹簧长度l之间的关系式为 。(l以m为单位) 答案:(1)10 (2)1 000 (3)F=1 000(l-0.10) N
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