第二章 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系-（教师用书）【导学教程】2024新教材新高考物理新编大一轮总复习（人教版）

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 [对应学生用书P38] 一、实验思路与操作 装置图与思路 操作要领 思路：需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据。弹力的测量：钩码标值。形变量的测量：刻度尺 (1)测l0：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)测总长和弹力：在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力 (3)重复：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 (4)作图：坐标轴标度要适中，单位要标注；连线时采用拟合法减小偶然误差 二、数据处理 1．图像法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线。 2．列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值不变。 三、误差分析 1．弹簧所受拉力大小的不稳定易造成误差，使弹簧的一端固定，通过在另一端悬挂钩码来产生对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。 2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。 3．描点、作图不准确也会造成误差。 四、注意事项 1．对钩码的要求 (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)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疏，这样作出的图线更精确。 2．测量与记录数据 (1)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。 (2)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 3．画图像 描点画线时，注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点均匀分布在线的两侧。 [对应学生用书P39] 考点一　教材原型实验 “探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验的关键 (1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。 (2)画图像时，不要连成折线，而应尽量让数据点落在直线上或均匀分布在直线两侧。 1．如图甲所示，某位同学用铁架台、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弹簧伸长量的关系。 (1)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：____________。 (2)图乙是另一位同学实验后得到的弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为____________ N/m(结果保留三位有效数字)，图线不过原点的原因是________________________________________________________________________。 (3)若实验开始时将图甲中的指针从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____________(填“变大”“不变”或“变小”)。 解析　(1)实验中要先组装器材，即C、B，然后进行实验，即D，再进行数据处理，写出并解释表达式，最后整理仪器，即A、E、F、G。所以先后顺序为CBDAEFG。 (2)题图乙中图线的斜率表示弹簧的劲度系数，则k＝ N/m＝200 N/m；图线不过原点表示没有挂钩码时弹簧存在形变量，说明弹簧自身存在重力。 (3)将指针从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，弹簧的长度依然没有改变，故没有影响，所以测量得到弹簧的劲度系数不变。 答案　(1)CBDAEFG　(2)200　弹簧自身存在重力　(3)不变 2．在探究弹簧弹力大小与伸长量关系的实验中，第一组同学设计了如图1所示的实验装置。在弹簧两端各系一轻细的绳套，利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上，另一端的绳套用来悬挂钩码。先测出不挂钩码时弹簧的长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L，再算出弹簧伸长的长度x，并将数据填在下面的表格中。 测量次序 1 2 3 4 5 6 弹簧弹力F/N 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的总长度L/cm 13.00 15.05 17.10 1