第三章 第1节 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-2022-2023学年高一新教材物理必修第一册【步步高】学习笔记（人教版）津鲁琼云晋皖黑吉桂贵粤辽渝鄂冀湘甘赣豫新青藏宁蒙陕

第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.会利用二力平衡法求弹力。 2.探究弹簧弹力与弹簧形变量的关系。 3.学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。 1.科学探究 能提出弹力与形变量关系的猜想与假设，并设计实验方案，定量探究弹力与形变量之间的关系，验证假设。 2.关键能力 实验探究能力 一、实验目的 1.探究弹簧弹力与形变量的关系。 2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 二、实验原理 1.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。 2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由伸长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。 三、实验器材 　铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。 四、实验步骤 1.按实验原理图安装实验装置，记下弹簧自由下垂时下端所对应的刻度l0。 2.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.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 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变化的图线，如图所示。 2.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与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，这个常数也可据F－x图线的斜率求解，即k＝。 六、误差分析 1.由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较大的测量误差。 2.由于弹簧自身重力的影响造成误差，当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样在作图线时，图线在x轴有一截距。 3.描点、作图不准确也会引起误差，所以每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能分散，这样作出的图线更精确。 探究1　实验操作和误差分析 【例1】 (2020·江苏月考)小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系”的实验。 (1)(多选)实验装置如图甲，下列操作规范的是________。 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.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 D.实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材 (2)小明同学在实验后，根据记录的数据进行处理，描绘出弹簧的伸长量Δx与弹力F相关的点如图乙所示，请你根据所学知识用一定的线来拟合这些点； (3)根据拟合的线，回答以下问题： ①本实验中弹簧的劲度系数k＝________N/m； ②图线中后半部分明显偏离直线，你认为造成这种现象的主要原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 答案　(1)BD　(2)见解析图　(3)①100　②超过弹簧的弹性限度 解析　(1)为了消除弹簧自重的影响，实验前，应该先把弹簧竖直放置测量其原长，故A错误；为了更好地找出弹力与形变量之间的规律，应逐一增挂钩码，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，故B正确，C错误；实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材，故D正确。 (2)如图所示 (3)图像直线部分的斜率的倒数表示弹簧的劲度系数， 则k＝ N/m＝100 N/m 图线中后半部分明显偏离直线，即弹力与形变量不成正比，则造成这种现象的主要原因是超过弹簧的弹性限度。 【针对训练1】 “探究弹簧弹力和伸长量的关系”的实验： (1)(多选)实验中，以下说法正确的是(　　) A.弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C.用直尺测得的弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与弹簧的伸长量之比相等 (2)某同学先把弹簧平放在水平桌面上使其自然伸长，用刻度尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把(L－L0)作为弹簧的伸长量x。这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的(　　) 答案　(1)AB　(2)C 解析　(1)本实验中