(教案)第3章 第2节 第2课时 实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册(鲁科版2019)

第2课时　实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系 学业要求＋核心素养 1．明确实验原理，了解实验器材、实验操作方法，熟悉实验步骤。(物理观念) 2．学会用控制变量的方法探究弹力与弹簧形变量的关系。(科学探究) 3．掌握用列表法、图像法、函数法处理实验数据。(科学思维) 【思考交流】 1．用相同的力拉伸劲度系数不同的弹簧，哪一个伸长量大？ 提示：劲度系数小的伸长量大。 2．同一个弹簧，用大小不同的力拉伸，哪一个伸长量大？ 提示：力大的伸长量大。 3．弹簧的弹力大小与劲度系数和伸长量有关。 【预习探究】 应该怎样探究弹簧的弹力与弹簧的伸长量有什么定量关系？ 提示：用同一个弹簧，通过改变钩码的个数，改变拉力，用刻度尺测弹簧的伸长量。 【实验提醒】 1．用悬挂法测量弹簧的弹力F：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。 2．测出弹簧的伸长量x：弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧伸长后的长度减去原长来求得。 3．探究弹力和弹簧伸长的关系：建立坐标系，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(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。 4．结合教材提供的实验装置，请讨论： (1)怎样改变弹簧受到的拉力？ 提示：通过改变钩码的个数改变弹簧受到的拉力。 (2)测弹簧的伸长量时应记录哪些数据？ 提示：弹簧的原长、弹簧伸长后的长度。 (3)列表记录数据时，表格中应记录什么？ 提示：钩码的总重力、弹簧伸长后的长度、弹簧的伸长量。 (4)怎样通过Fx图像计算弹簧的劲度系数？ 提示：在Fx图像中直线的斜率等于弹簧的劲度系数。 【实验器材】 铁架台、下端带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。 【实验步骤】 1．测量弹簧的原长时应注意什么？ 提示：将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。 2．如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1。 3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、…。 4．怎样由弹簧的原长l0和挂钩码后弹簧的长度l计算弹簧的伸长量？ 提示：弹簧的伸长量x＝l－l0。 5．记录下弹簧的长度和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格。 序号 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm l0 x/cm 0 6．建立直角坐标系，以F为纵轴，x为横轴，根据测量数据用描点法作图。连接各点得出F随弹簧伸长量x变化的图线。 7．以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。 8．造成本实验的误差主要有哪些？应怎样减小误差？ 提示：本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差。为了减小误差，要尽量多测几组数据；弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差。为了减小该系统误差，实验中应使用轻质弹簧。 【注意事项】 1．实验时，所挂钩码的个数为什么不能太多？ 提示：以免超出弹簧的弹性限度。 2．每次所挂钩码的质量差为什么尽量大一些？ 提示：所挂钩码的质量差尽量大一些，使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。 3．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。 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。 5．尽量选用轻质弹簧以便能忽略其自身重力的影响。 1．某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图甲所示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1 mm)上位置的放大图，示数l1＝________cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝__________N(当地重力加速度g取9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是________，作出Fx曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。 解析：由题图乙可估读为25.84 cm。挂2个钩码时，弹簧弹力等于钩码的重力，即F2＝2mg＝0.98 N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。 答案：25.84(25.83～25.85均可)　0.98　弹簧原长 2．以下是某同学所进行的“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验步骤： (