第三章 专题 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-【精剖细解】2023年物理新高一初升高衔接讲义（全国通用）

第三章专题 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 ——精剖细解预习讲义 知识点回顾：弹簧测力计 1、原理 在弹性限度内或发生弹性形变时，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长（弹簧受到的拉力跟弹簧的伸长量成正比）。 2、构造 由弹簧、挂钩、刻度盘、指针、外壳、吊环组成的。 3、使用步骤 ①观察量程、分度值； ②观察指针是否指在零刻度； ③轻轻来回拉动挂钩几次，防止弹簧卡壳； ④测力时，要使弹簧中心的轴线方向跟所测力的方向一致，使指针和外壳无摩擦，弹簧不要靠在刻度板上； ⑤等到示数稳定时再读数，读数时，视线要与刻度板面垂直。 使用弹簧测力计时,拉力的方向不一定沿竖直方向，其他方向的力也可测量，只要在测量力时保证弹簧测力计所测力的方向与弹簧的轴线方向相同即可。 知识点1：探究弹簧弹力与形变量的关系 【实验目的】 探究弹簧弹力与形变量的定量关系。 掌握弹簧测力计弹力的测量原理。 能够根据函数图像F-x的曲线求出弹簧的劲度系数。 学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 【实验原理】 弹簧弹力的确定方法：弹簧的下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力大小等于所挂钩的重力大小； 弹簧伸长量的确定方法：在未挂重物时，用刻度尺测量弹簧原长l0，挂上钩码平衡后，再用刻度尺测量弹簧长度l，则弹簧伸长量Δx=l-l0； 根据实验数据制作表格和图像并探究弹簧弹力与伸长量之间的定量关系。 【实验仪器】 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。 【实验装置图】 【实验步骤】 ①将铁架台放在实验桌上，根据实验装置图安装实验装置，待弹簧自由下垂并静止时测量原长l0； ②在弹簧下端悬挂1个钩码，当钩码静止时测出弹簧的总长度l，计算弹簧的伸长量，并记下钩码的重力； ③增加钩码的数量（2个钩码、3个钩码……）重复步骤②，将测量的数据记录在下面的表格中。 钩码的个数 钩码所受的重力G/N 弹簧的弹力F/N 弹簧总长l/m 弹簧伸长量Δx/m 1 2 3 4 5 6 【实验数据的处理】 根据表格数据，以弹力F为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标建立平面直角坐标系，用描点法作图，做出弹簧弹力与伸长量之间的关系图像，如下图所示： 根据图像得出弹力与弹簧伸长量的函数关系式，表达式中的斜率即为弹簧的劲度系数，即k＝。 【实验结论】 在弹簧的弹簧限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比； 弹簧弹力与弹簧伸长量的关系函数表达式是F=kx。 【实验误差】 弹簧长度测量不准确可能引起的实验误差。 画图时描点、连线不准确引起的实验误差。 弹簧自身重力的影响产生的实验误差。 钩码的标值不准确引起的实验误差。 中学阶段 知识上的对比 思维上的对比 初中物理 初中物理简单讲解弹簧测力计的原理、构造和使用步骤。 知识比较简单，倾向于定性分析弹簧的弹力和伸长量的关系。 高中物理 对于弹簧弹力和伸长量进行实验探究，处理实验数据的实验方法的学习以及实验误差的分析，对于弹簧测力计的理解更加系统和规范 知识深入，需要学生掌握实验探究方法的知识，对于学生的推理能力要求更高，对于抽象思维能力的要求高，培养学生动手探究实验的能力，养成热爱科学探究的习惯。 说明：高中所学的探究弹簧弹力与形变量的关系知识是对初中所学弹簧测力计知识的补充和拓展。需要学生掌握实验探究方法的知识，对于学生的推理能力要求更高，对于抽象思维能力的要求高，培养学生动手探究实验的能力，养成热爱科学探究的习惯。 探究弹力和弹簧伸长量的关系的原理、器材与实验步骤 1．某同学利用甲图装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，并描绘弹簧的伸量 Δl 与弹力 F 的关系图线如乙图所示，下列关于该实验说法正确的是（　　） A．实验前，应该先把弹簧水平放置测量其原长 B．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 C．图线 OA 段斜率的大小即为该弹簧劲度系数的大小 D．图线中后半部分明显偏离直线是因为弹簧的自重 2．如图是某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验装置，根据记录的数据作出弹簧的伸长量Δl及其对应的弹力F图像如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．测量弹簧原长时应将弹簧水平放置 B．依次逐个增添砝码，等弹簧稳定后平视读数 C．该弹簧的劲度系数为0.2N/m D．图像弯曲的原因是指针与刻度尺间有摩擦 3．某实验小组在探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系的实验中，使用两根不同的轻弹簧a和b，得到弹力F与弹簧总长度l的图像如图所示。下列表述正确的是（　　） A．a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的大 C．施加同样大的力，a的形变量比b的大