第3章 实验1 探究弹簧弹力与形变量的关系（课件+作业）-新教材高中物理必修第一册【优化指导】人教版

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 [对应学生用书P46] 一、实验目的 1．探究弹簧弹力与形变量的关系． 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据． 3．学会根据F －x、F －l图像分析有关问题． 二、实验原理 1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上相等；如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．因此我们可以通过对弹簧悬挂不同重物并求出对应的伸长量即可探究弹力与伸长的关系． 2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出；伸长量可由弹簧的长度减去弹簧的原长求得． 3．建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组数据(x，F)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系． 三、实验器材 轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸． 四、实验步骤 1．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l0. 2．在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码的重力． 3．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. 1 2[来源:学|科|网] 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 五、数据处理 1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像．由实际作出的F －x图像可知，图像为过原点的直线． 2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F －x图像的斜率求解，k＝. 六、误差分析 产生原因 减少方法 偶然误差 读数、作图误差 (1)多组测量 (2)所挂钩码的质量差适当大些 系统误差 弹簧自重 选轻弹簧 七、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度． 2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图像更精确． 3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差． 4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧． 5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位． [对应学生用书P47] 要点一　实验原理与操作 　如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个未知质量但质量相等的钩码探究弹簧弹力与形变量的关系． (1)为完成实验，除了图甲中提供的实验器材，你还需要的实验器材有：____________、____________. (2)实验中你需要测量的物理量有：__________________________________________、 ________________________________________________________________________. (3)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，测量出一个钩码的重力； 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，写出弹力与弹簧伸长量的关系式．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． 请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：__________________. (4)若实验开始时你将图甲中的红色指针从P位置往下挪到Q，其余实验步骤不变且操作正确，则测量得到弹簧的劲度系数将____________(选填“变大”、“不变”、“变小”)． (5)图乙是另一位同学实验得到弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)，图线不过原点的原因是由于________________． 解析　(1)实验需要测弹簧的长度、形变量，因为钩码的质量未知，所以要测量钩码的重力，故还需要的实验器材有：刻度尺，测力计． (2)为了测量弹簧的形变量；由胡克定律可知，实验中