第3章 1 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第一册人教版（教师用书）

第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．经历科学探究的过程，探究弹簧伸长量与弹力之间的关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3．能根据F­x、F­l图像求出弹簧的劲度系数。 一、实验器材 铁架台、毫米刻度尺(米尺)、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等。 二、实验原理 1．怎样测量弹簧的弹力？ 答：把钩码挂在弹簧下端，钩码平衡时其重力等于弹力的大小。 2．怎样测量弹簧的伸长量？ 答：测出弹簧的原长，用弹簧挂上钩码时的长度减去原长，即可得到弹簧的伸长量。 三、实验时的注意事项 1．安装装置时应注意什么？ 答：安装装置时让刻度尺和弹簧的轴线要竖直。 2．测量弹簧的长度时应注意什么？ 答：测弹簧的原长时应把弹簧悬挂静止时进行测量，挂上钩码等系统静止后读出刻度尺的示数。 四、数据处理 下面是某学习小组得到的实验数据，试作出弹簧的弹力大小与伸长量的关系图像。由此可得出什么结论？ 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 1 0 11.8 0 0 2 0.5 12.8 1.0 0.5 3 1 14.0 2.2 1 4 1.5 15.1 3.3 1.5 5 2.0 16.1 4.4 2.0 6 2.5 17.4 5.6 2.5 答：如图，弹簧弹力的大小与其伸长量成正比。 五、实验步骤 1．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．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，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、…。 4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格。 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 一、实验原理与操作 　以下是某同学所进行的“探究弹簧伸长量与弹力的关系”的实验步骤： ①将一个弹簧的上端固定在铁架台上，竖直悬挂起来，在弹簧下挂一个钩码，记下钩码的质量m1，此时弹簧平衡，弹力大小为F1＝m1g，并用刻度尺测量出此时弹簧的长度l1，并记录到表格中。 ②再增加钩码，重复上述的操作，逐渐增加钩码的重力，得到多组数据。 ③以力F为纵坐标，以弹簧长度lx为横坐标，根据所测的数据在坐标纸上描点。 ④按坐标纸上所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(包括直线)。 ⑤根据图线的特点，分析弹簧的弹力F与弹簧长度lx的关系，并得出实验结论。 以上步骤中至少有三个不当之处，请将不合理的地方找出来并进行修正。 (1)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)①中还应该测出弹簧的原长l0，此时应在不挂钩码的情况下，让弹簧保持自然下垂状态，用刻度尺测出从悬点到弹簧下端的长度即为l0。 (2)③中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横坐标，因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系。 (3)⑤中应分析弹力与弹簧伸长量的关系。 [答案]　见解析 二、实验数据处理 　某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在________(选填“水平”或“竖直”)方向。 (2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6。数据如下表： 代表