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3.1 重力与弹力
第二课时
物理学史
罗怕特·胡克（Robert Hooke）1635—1703年
罗伯特·胡克生于英格兰的怀特岛，父亲是一名助理牧师。他在牛津的基督教堂学习，是物理学家兼化学家波义尔的助手。1660年，他发现了胡克弹性定律，随后被任命为伦敦皇家学会的实验主管。5年后他发表了《显微术》（Micrographia），通过在显微镜下比较植物细胞和猴子细胞，他提出了细胞一词。1666年，胡克参与了伦敦大火后的城市重建工作，与克里斯托弗·雷恩(Christopher Wren)一起，进行了格林威治皇家天文台以及为纪念伦敦大火而建造的纪念碑和伯利恒皇家医院(Bedlem)的设计。胡克于1703年在伦敦逝世，葬于伦敦的毕晓普斯盖特。他的骨灰曾于19世纪被移至伦敦北部，现在何处已无从得知。2006年2月，一本丢失多年的胡克在皇家学会会议上的记录的副本被发现，该副本现存于伦敦皇家学会中。
物理学史
胡克定律最初是通过观察钟表中弹簧的伸缩发现的，该定律描述了材料受力时的变形情况。弹性材料的伸缩与其所受的力成正比。罗伯特·胡克是一位多产的科学家，对建筑学和科学均有贡献，不过奇怪的是他为人所知更多的是通过胡克定律。而胡克定律本身也正是跨越了诸多学科领域，在工程学、建筑学和材料科学中均有应用。
胡克定律的发现
CONTENTS
学习目标
1.能通过实验探究弹力的大小与形变量的关系。
2.会利用图像法处理实验数据。
3.能根据F-x图像求出弹簧的劲度系数。
弹弓的橡皮筋
汽车的减震弹簧
蹦极运动的橡胶绳
资料
资料
资料
质量大的胖子和质量小的瘦子站在同一弹簧上
弹力的大小：弹力的大小与形变的程度有关，对同一个物
体来讲，形变程度越大，弹力越大。
胡克定律
1、弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变叫作弹性形变。
2、弹性限度
如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。
实验：把相同质量的钩码挂在不同的弹簧上，观察现象。
弹簧中弹力的大小与哪些因素有关？
把相同质量的钩码挂在不同的弹簧上，
弹簧的伸长量不同；
探究弹簧弹力与形变量的关系
【提出问题】
1、采用什么方法给弹簧施力？弹力的大小如何确定？
2、什么是弹簧的伸长量？如何测量？
3、需要测量那些数据？如何记录数据？
4、弹簧能否被过分拉伸？
利用实验室提供的实验器材完成实验时，思考下列问题：
1、测弹力大小的方法：
用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力；
根据二力平衡条件，当钩码平衡时，弹簧产生的弹力和钩码的重力大小相等。
mg
F
探究弹簧弹力与形变量的关系
2、测弹簧伸长量：
用直尺测量弹簧未挂钩码时的长度l0
与挂钩码时的长度l；
计算两者之差，就是弹簧的伸长量，
x＝l－l0。
l0
l
探究弹簧弹力与形变量的关系
3、实验需要测量的数据及记录方法：
弹簧的原长 l0和每次所挂钩码对应的弹簧的长度 l。
数据可用表格记录，也可用“有序实数对”记录。
探究弹簧弹力与形变量的关系
4、注意：
加在弹簧上的拉力不能太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。
【制订方案，设计实验】
设计实验时，思考以下问题：
1、根据实验室提供的仪器，采用什么实验方法？如何安装仪器？
2、主要的实验步骤有哪些？
3、在测量和数据处理中可能产生哪些误差？
　 如何减小或者避免这些误差？
探究弹簧弹力与形变量的关系
1、实验方法：
将弹簧上端固定在铁架台的支架上；
下端挂上钩码静止时，弹力大小等于重
物受的重力，以此测量弹力的大小F；
从固定于竖直支架上的刻度尺上测出悬挂重物时弹簧的伸长量 x（或总长度）。
探究弹簧弹力与形变量的关系
按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时
所对应的刻度尺刻度l0；
在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的
总长度 l 并记下钩码的重力；
增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F
表示弹力，l 表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。
数据处理，得出结论。
2、
实
验
步
骤
探究弹簧弹力与形变量的关系
3、误差分析：
由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差。
由于弹簧自身的重力的影响，当未放重物时，
弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长
量，也会有一定的影响。
探究弹簧弹力与形变量的关系
思考：实验操作过程中有哪些注意事项？
所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的
弹性限度。
每次所挂钩码的质量差尽量大一些。
测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂
且处于平衡状态时测量。
【分组实验，采集数据】
探究弹簧弹力与形变量的关系
将所测得的数据记录下来：
1 2 3 4 5 6 7
F/N 0
l/cm
x/cm 0
探究弹簧弹力与形变量的关系
【分析论证、得出结论】
1.表格中数据转化为“有序实数对”有什么规律？
如何才能更直观的发现这些“有序实数对”的规律？各物理量的单位要如何统一？
2.如何根据实验数据画出实验图像？
3.猜测图像中F-x的函数关系，函数关系中常数的单位是什么？
探究弹簧弹力与形变量的关系
图像法：
以弹力为纵坐标，弹簧的伸长量为
横坐标，建立平面直角坐标系；
根据所测数据，在坐标纸上描点；
按照图中各点的分布，作出一条平滑的曲线，
所画点不一定正好在这条曲线上，但要使曲线两侧的点数大致相同。
探究弹簧弹力与形变量的关系
实验结论：在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧的形变量成正比，即F=kx；
k 称为弹簧的劲度系数，单位是N/m，不同的弹簧劲度系数是不同的。
最早由英国科学家胡克发现 —— 胡克定律
探究弹簧弹力与形变量的关系
课堂训练
如图所示是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力 F 之间的关系图，由图可知，弹簧的劲度系数是______N/m；当弹簧受 F =800N的拉力作用时，弹簧的伸长量为_________cm。
2000
40
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