高一物理鲁科版（2019）必修一同步课件 3.2 实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系　胡克定律(共25张PPT)

(共25张PPT)
第三章　相互作用
实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系　胡克定律
弹簧弹力的大小与形变量有什么关系呢？
提出问题
弹簧的伸长量或缩短量越大，弹簧的弹力越大
大胆猜想
弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比
设计实验
1.实验目的
(1)探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。
(2)了解弹簧测力计的工作原理。
2.实验器材
铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、 。
刻度尺
3.实验原理与设计
(1)将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡可知，弹簧对钩码的弹力大小 钩码所受重力的大小。 F=G
(2)通过改变悬挂的钩码 来改变弹簧弹力的大小，测出弹簧未挂钩码时的 及挂钩码后的长度，可得出挂不同数量钩码情况下弹簧的 。
(3)由此可进一步得出弹簧弹力的大小与弹簧伸长量的关系。
等于
个数
长度(弹簧原长)
伸长量
4.实验步骤
(1)安装实验装置。
(2)用刻度尺测量弹簧原长。
(3)在弹簧挂钩上依次挂不同数量的钩码，并分别记下实验所挂钩码的总质量及弹簧长度。
次数 1 2 3 4 5
钩码质量m/g
弹簧弹力F/N
弹簧长度l/cm
弹簧伸长量x/cm
0
0
10.95
0
1.85
12.80
0.5
50
100
1.0
14.65
3.70
5.60
16.55
1.5
150
200
2.0
18.40
7.45
5.数据分析
(1)将数据及计算结果填入表中。
弹簧弹力的大小与伸长量的关系
(2)在坐标纸上作出弹簧弹力大小随伸长量变化的图像，并进行分析讨论。
弹簧弹力 F(N) 0 0.5 1.0 1.5 2.0
弹簧形变量x(cm) 0 1.85 3.70 5.60 7.45
F/N
x/cm
0
×
×
×
×
×
0.5
1.0
2.0
1.5
2.5
3.0
1
2
3
4
5
6
7
8
6.实验结论
(1)弹簧的弹力随伸长量的增大而 。
(2)在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与 成正比。
增大
伸长量
用F表示
用x表示
(1)尽量选轻质弹簧以减小弹簧 带来的影响。
(2)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免 。
(3)测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在 时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态。
(4)记录数据时要注意弹簧的弹力及形变量的对应关系及单位。
(5)描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线。
7.注意事项
自身重力
超出弹簧的弹性限度
不挂钩码
1.(2022·黑龙江大庆市期末)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中。
(1)下列实验步骤是甲同学准备完成的，请你帮他按正确操作的先后顺序，将各步骤前的字母写在横线上 。
A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力大小为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；
B.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；
C.记下弹簧不挂钩码时，其下端对应的刻度l0；
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、…、n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，写出弹力的大小与弹簧伸长量的关系式；
F.解释函数表达式中常数的物理意义。
BCDAEF
(2)乙同学在做实验过程中，先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长l0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把(L－l0)作为弹簧的伸长量x，由于弹簧自身重力的影响，这样操作最后画出的图线可能是____。
C
(3)如图是丙同学按正确步骤完成实验并画出弹簧弹力的大小和弹簧形变量的关系图线。写出该图线的函数表达式：____________。
F＝0.43x(N)
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
如图所示，你能根据图像求出表达式F＝kx中的比例系数k吗？它是什么物理量？
F＝k x
斜率
（0，0）
（13.6，3.5）
≈25.74
k为弹簧的劲度系数
胡克 英国科学家
（1635——1703）
胡克定律
1.内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小
跟 成正比，即F＝ 。
2.劲度系数：式中的比例系数k称为弹簧的 ，单位是 ，符号是 ，是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
3.劲度系数与弹性体的 、 等因素有关。
弹簧伸长(或压缩)的长度x
kx
劲度系数
N/m
形状
材料
牛顿每米
1.弹簧的形变量越大，弹力就会越大，若将弹簧拉得很长甚至拉直，还能用胡克定律计算吗？
不能。超出了弹簧的弹性限度，不能再用胡克定律计算了。
2.生活中说有的弹簧 “硬”，有的弹簧 “软”，指的就是它们的劲度系数不同。那弹簧的劲度系数跟哪些因素有关呢？
弹簧的劲度系数k只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定，它反应了弹簧的软硬程度，与弹力F的大小和形变量x无关。
2.(多选)关于胡克定律，下列说法正确的是
A.由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x的大小成正比
B.由k＝可知，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的形变量x成反比
C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧
　形变量x的大小无关
D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的数值
√
√
√
3.(2023·江苏连云港市高一期中)由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度x的关系图像如图所示，求：
(1)该弹簧的原长；
答案　 (1) 6 cm (2) 1 000 N/m
(2)该弹簧的劲度系数。
4.某同学做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的实验时，设计了如图甲所示的实验装置，将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺固定在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。他先测出不挂钩码时弹簧的自然下垂长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，测出弹簧相应的总长度。每只钩码的质量都是10 g。实验数据见表。(g取10 N/kg)
钩码质量m/g 0 10 20 30 40 50
弹簧总长度l/cm 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
弹力大小F/N 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
(1)关于本实验，下列说法正确的是______。
A.悬挂钩码时，应在钩码静止后再读数
B.应在弹簧的弹性限度范围内进行测量
C.在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态
D.在测量弹簧原长时，应将弹簧平放在水平桌面上，使其自然伸长，并
测出其长度
ABC
(2)根据上述实验数据，在图乙所示的坐标纸上，作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的关系图像，并求出该弹簧的劲度系数k＝____ N/m。
20
钩码质量m/g 0 10 20 30 40 50
弹簧总长度l/cm 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
弹力大小F/N 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
(3)一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹簧弹力与弹簧长度的图像如图丙所示。下列表述正确的是_____。
A.a的原长比b的短
B.a的劲度系数比b的小
C.a的劲度系数比b的大
D.测得的弹簧弹力与弹簧的长度成正比
AC
5.用如图甲所示的装置来探究胡克定律。轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接，右端在水平拉力F的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长，弹簧与水平面不接触，通过刻度尺可以读出弹簧的伸长量x，通过拉力传感器可以读出拉力F，多次测量F、x，作出F－x图像如图乙所示，回答下列问题：
(1)当弹力增大到一定程度时，图像变弯曲，原因什么？
弹簧形变量超出弹簧的弹性限度
(2)弹簧的劲度系数为____；
(3)弹簧的伸长量分别为x2和x1时，拉力传感器的示数之差为_________。
重力与弹力(二)
目标一：探究弹簧弹力大小与伸长量的关系
目标二：胡克定律
内容
表达式：F=kx
劲度系数
实验目的
实验器材
实验步骤
数据分析
误差分析及注意事项
x为形变量
k为劲度系数
仅与弹簧本身有关
探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
了解弹簧测力计的工作原理
竖直悬挂弹簧测量原长
数据记录
图像法处理数据
实验结论
表格