第三章 第二节 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-2021-2022学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】配套教师用书（粤教版）

第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验目的 1．探究弹簧弹力的大小与伸长量之间的定量关系． 2．会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据． 二、实验器材 铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺． 三、实验原理 1．基本思想：二力平衡． 2．实验原理 (1)弹簧弹力F的测量． 如图，弹簧下端悬挂静止的钩码处于平衡状态，根据二力平衡条件可知：弹力的大小与所挂钩码的重力的大小相等，即F＝mg. (2)弹簧伸长量x的测量． 弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0． 由此可进一步得出弹簧弹力的大小与弹簧伸长量的关系． 四、实验步骤 (1)如图所示，将弹簧一端固定在铁架台上，让弹簧自然下垂，用刻度尺测量并记录弹簧的原长L0. (2)在弹簧的挂钩上，挂上一个钩码，测量弹簧伸长后的长度． (3)依次增加钩码，重复上述操作． 五、数据分析 　将实验测得的数据和计算结果填入下表中． 弹簧原长：L0＝ cm 实验次数 钩码的重力 G/N 弹簧的长度 L/cm 弹簧的伸长量 x/cm 弹力的大小 F/N 在坐标纸上作出弹力的大小F随弹簧的伸长量x变化的图像，并进行分析讨论． 实验结论 (1)弹力的大小随弹簧的伸长量的增大而增大． (2)在误差允许范围内，弹力的大小与弹簧的伸长量成正比． ⊲注意事项 1．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． 2．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，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差． 3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧． 4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位． ⊲误差分析 产生原因 减少方法 系统误差 弹簧自身重力 选轻质弹簧 钩码标值不准确 用弹簧秤测量比较后再选用 偶然误差 弹簧拉力大小不稳定，弹簧长度测量不准确 稳定后再读数， 固定刻度尺，多次测量描点、作图不准确 坐标轴的标度尽量大些，使尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧 探究点一　教材原型实验 角度1　实验原理和实验操作 如图所示，用铁架台、弹簧和多个未知质量但质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系． (1)为完成实验，除了图中提供的实验器材，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中的指针从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”或“变小”). 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，弹簧测力计． (2)为了测量弹簧的形变量，由胡克定律可知，实验中还应测量弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度． (3)实验中要先组装器材，即C、B，然后进行实验，即D，最后数据处理，分析解释表达式，最后整理仪器，即A、E、F、G.所以先后顺序为CBDAEFG. (4)指针从P位置往下挪到Q，只是在测量弹簧的原长时，原长偏大，挂上钩码后，弹簧的伸长量依然没有改变，故没有影响，所以测量得到弹簧的劲度系数不变． 答案：　(1)刻度尺　弹簧测力计　(2)弹簧原长　弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度　(3)CBDAEFG　(4)不变 角度2　实验数据处理 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的实验． (1)实验中还需要的实验器材有： ． (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.由图乙可知：未挂钩码时弹簧有伸