1、二、實(shí)驗(yàn)原理 1.如圖2-3-1所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí) 會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的 重力大小相等。 2.用刻度尺測(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的 伸長(zhǎng)量x，建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大 小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x，在坐標(biāo)系 中描出各點(diǎn)(x，F(xiàn))，然后用平滑的曲線連結(jié)起來(lái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。,圖2-3-1,學(xué)案3 實(shí)驗(yàn)(一):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,三、實(shí)驗(yàn)器材 輕質(zhì)彈簧一根、鉤碼一盒、刻度尺、重錘、坐標(biāo)紙、三角板。,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系。 2.掌握利用圖象研究?jī)蓚€(gè)物理量之間關(guān)系的方法。,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.如圖2-

2、3-2所示，將鐵架臺(tái)放于桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)的橫梁上，在挨近彈簧處將刻度尺(最小分度為mm)固定于鐵架臺(tái)上，并用重錘線檢查刻度尺是否豎直。 2.記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度L0。 3.在彈簧下端掛上一個(gè)鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度L1。 4.用上面方法，記下彈簧下端掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度L2、L3、L4，并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中。 5.用xnLnL0計(jì)算出彈簧掛1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)鉤碼時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎礸，計(jì)算出所掛鉤碼的總重量，這個(gè)總重量就是彈簧彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格。 6.在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，以彈

3、力為縱坐標(biāo)，彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，描出每一組數(shù)據(jù)(x,F)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。 7.根據(jù)所描各點(diǎn)的分布與走向，作出一條平滑的曲線(不能畫成折線)。 8.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，彈力大小為因變量，寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試寫成一次函數(shù)的形式，如果不行，寫成二次函數(shù)的形式或其他形式。 9.研究并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。,圖2-3-2,五、注意事項(xiàng) 1.安裝時(shí)，要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。 2.實(shí)驗(yàn)時(shí)，要盡量選擇長(zhǎng)度較大、匝數(shù)較多，但軟硬程度(勁度系數(shù))適中的彈簧，以每掛一個(gè)鉤碼(20 g)彈簧伸長(zhǎng)量增大12 cm為宜。 3.讀取彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度時(shí)，要用三角板，并且視線垂直于刻度，力求讀數(shù)準(zhǔn)確，

4、并且要等鉤碼靜止時(shí)，再讀數(shù)。 4.實(shí)驗(yàn)中懸掛鉤碼時(shí)注意不要太多，以免彈簧被過(guò)分拉伸，超過(guò)彈簧的彈性限度。 5.要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。 6.建立坐標(biāo)系時(shí)，要選擇合適標(biāo)度，以使所畫曲線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙。 7.畫圖線時(shí)，不一定要讓所有各點(diǎn)都正好在曲線上，但應(yīng)注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)大致相同，偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍棄。 六、誤差分析 本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)自以下兩個(gè)方面： 1.彈簧的長(zhǎng)度測(cè)量不精確。 2.描點(diǎn)、畫圖不精確。 特別提醒： 在物理學(xué)中經(jīng)常用圖象處理物理問(wèn)題，要特別注意：圖線斜率的意義(或曲線切線斜率的意義)；圖線與縱軸、橫軸交點(diǎn)的物理意義。,【例1】在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以

5、下說(shuō) 法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位 于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C.用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量 D.用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得 出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等,A B,【解析】在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)定彈力及其對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度，并且要測(cè)量多次，減少偶然誤差。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)以需要研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目，以改變對(duì)彈簧的拉力，來(lái)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，所以選項(xiàng)A、B正確，C、D錯(cuò)誤。,熱點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作的考查,1,做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟如下： A.以彈簧

6、伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力大小為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的 點(diǎn)，并用平滑的曲線連結(jié)起來(lái)； B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)，其下端在刻度尺上的刻度L0； C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上(也可在橫梁的另一側(cè)掛上一定的配重)，并將彈簧的 一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺； D.依次在彈簧下端掛上2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)，彈簧 下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼； E.以彈簧伸長(zhǎng)量x為自變量，寫出彈力大小F與伸長(zhǎng)量x的關(guān)系式。首先嘗試寫 成一次函數(shù)，如果不行，再嘗試著寫成二次函數(shù)； F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義； G.整理儀器。 請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列起來(lái)

7、：_。,C B D A E F G,【例2】下表是某同學(xué)為“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)： (1)請(qǐng)你在圖2-3-3中的坐標(biāo)紙上作出F-x圖線； (2)寫出圖線所代表的函數(shù)式(x用m為單位)：_； (3)寫出函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義 _。 (4)若彈簧的原長(zhǎng)為40 cm，并且以彈簧的總長(zhǎng)度L為自變量，寫出函數(shù) 表達(dá)式(N和m為單位)：_。,圖2-3-3,F=20 x,該彈簧每伸長(zhǎng)(或壓縮)1 m，其彈力增加20 N,F=20(L-0.4),【名師支招】在物理學(xué)中經(jīng)常用圖象處理物理問(wèn)題，應(yīng)用圖象的好處是直觀、方便，根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)軸的標(biāo)度是作好圖象的關(guān)鍵。作圖象的方法是：用平滑

8、的曲線(或直線)將坐標(biāo)紙上的各點(diǎn)連結(jié)起來(lái)，若是直線，應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè)，偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄，有時(shí)可以通過(guò)改變物理量的方法，把曲線變?yōu)橹本€，使圖象更直觀。,【解析】(1)將x軸每一小格取為1 cm，y軸每一小格取為0.25 N，將各點(diǎn)描到坐標(biāo)紙上，并連成直線，如圖2-3-4所示。 (2)由圖象得F=20 x。 (3)函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(zhǎng)(或壓縮)1 m，其彈力增加20 N 。 (4)F=20(L-0.4),熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,圖2-3-4,2,【答案】(1)如圖 (2)F=6.17x (3)表達(dá)式中6.17 N/m表示彈簧伸長(zhǎng)11m時(shí)，彈力大小為6.17 N

9、,單位為 N/m (4)彈簧長(zhǎng)度L=x+L0，其中x為伸長(zhǎng)量，L0為原長(zhǎng)，46.3cm=0.463m， 所以x=L-L0=L-0.463 故F=6.17(L-0.463)，式中6.17為彈簧的勁度系數(shù)，單位為 N/m；0.463為彈簧的原長(zhǎng)，單位是 m，將F-x圖線向右平移0.463 m，即46.3cm，即得彈力大小與彈簧總長(zhǎng)度間的關(guān)系圖線。,某位同學(xué)在做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所得的數(shù)據(jù)如下表所示。 m0=50g 自然長(zhǎng)度L0=46.3 cm (1)請(qǐng)?jiān)趫D2-3-5所示的坐標(biāo)紙中畫出彈力F與伸長(zhǎng)量x的關(guān) 系圖線。(實(shí)驗(yàn)中所掛鉤碼每個(gè)50g，g取10 N/kg) (2)寫出彈力F與

10、彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系式。 (3)指出表達(dá)式中常量的物理意義，若彈力用“牛頓”做單位， 伸長(zhǎng)量用“米”做單位，則該常數(shù)的單位是什么？ (4)若以彈力為縱坐標(biāo)，以彈簧長(zhǎng)度為橫坐標(biāo)，請(qǐng)畫出其對(duì) 應(yīng)的圖線，并寫出函數(shù)關(guān)系式，說(shuō)明各常數(shù)在圖中的意 義和單位。,圖2-3-5,【例3】用金屬制成的線材(如鋼絲、鋼筋)受到拉力會(huì)伸長(zhǎng)，十七世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：金屬絲或金屬 桿在彈性限度內(nèi)它的伸長(zhǎng)與拉力成正比，這就是著名的胡克定律。這一發(fā)現(xiàn)為后人對(duì)材料的研究奠定了 重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)有一根用新材料制成的金屬桿，長(zhǎng)為4 m，橫截面積為0.8 cm2，設(shè)計(jì)要求它受到拉力后的 伸長(zhǎng)不超過(guò)原長(zhǎng)的1/1 000，問(wèn)最大拉力多

11、大？由于這一拉力很大，桿又較長(zhǎng)，直接測(cè)試有困難，選用同 種材料制成樣品進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試取得數(shù)據(jù)如下： (1)測(cè)得結(jié)果表明線材受拉力作用后，其伸長(zhǎng)與材料的長(zhǎng)度成_，與材料的截面積成_。 (2)上述金屬細(xì)桿承受的最大拉力為 _N。,熱點(diǎn)三 拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),【解析】(1)由題中列表可看出，材料樣品的伸長(zhǎng)量與材料的長(zhǎng)度成正比，與材料的截面積成反比。 (2)由表可看出，材料定長(zhǎng)，定截面積時(shí)，拉力與伸長(zhǎng)量的比例為定值。 設(shè)1 m長(zhǎng)，截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為k1 2 m長(zhǎng)，截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為k2 1 m長(zhǎng)，截面積為0.10 cm2的比例系數(shù)為k3 則k1=F1/x1=250/(

12、0.0410-2) N/m=6.25105 N/m k2=F1/x1=250/(0.0810-2)N/m=1/26.25105 N/m k3=F1/x1=250/(0.0210-2) N/m=26.25105 N/m 由k1、k2、k3的值可得，比例系數(shù)k與長(zhǎng)度L成反比，與截面積S成正比，故kS/L，k=kS/L求出k 設(shè)4 m長(zhǎng)，截面積為0.8 cm2的比例系數(shù)為k0 則k0/k1(x0/L0)/(0.05/1)，即k0/(6.25105)=(0.8/4)/(0.05/1) 所以k0=2.5106 N/m 又金屬細(xì)桿最大伸長(zhǎng)量為x m=4(1/1 000) m=410-3 m 所以金屬細(xì)桿承

13、受的最大拉力為 F m=k0 x m=2.5106410-3 N=1.0104 N。,正比,反比,1.0104,十七世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律。受此啟發(fā)，一組同學(xué)研究“金屬線材伸長(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過(guò)程如下： A.有同學(xué)認(rèn)為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長(zhǎng)量與拉力成正比，與截面半徑成 反比 B.他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象，用螺旋測(cè)微器、激 光測(cè)距儀、傳感器等儀器測(cè)量線材的伸長(zhǎng)量隨拉力變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè) C.通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)： D.同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善 (1)上述科學(xué)探究活動(dòng)的環(huán)節(jié)中，屬于“制定計(jì)劃”和“收集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是(填字母代號(hào))_、_。 (2)請(qǐng)根據(jù)上述過(guò)程分析他們的假設(shè)是否全部正確。若有錯(cuò)誤或不足，請(qǐng)給予修正。 _ _。