第3章 第2节 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变的关系（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（教科版2019）

第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变的关系 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．探究弹簧弹力与形变的关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3．学会根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数。 实验原理 1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿着弹簧轴线的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上相等；如图所示，在弹簧下端悬挂重物时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂重物的重力大小相等。因此我们可以通过对弹簧悬挂不同重物并求出对应的伸长量即可探究弹簧弹力与伸长量的关系。 2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出；伸长量可由弹簧的长度减去弹簧的原长求得。 3．建立直角坐标系，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数据(x，F)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系。 实验器材 轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、坐标纸。 实验步骤 1．按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。 2．在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码的重力。 3．增加钩码的个数(在弹簧弹性限度内)，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹簧弹力，大小等于钩码的重力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。 钩码个数 1 2 3 4 5 6 … F/N l/cm x/cm 数据处理 1.以弹力F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变化的图像。由实际作出的F -x图像可知，图像为过原点的倾斜直线。 2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和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，这个常数也可根据F -x图像的斜率求解，k＝。 误差分析 产生原因 减少方法 偶然误差 读数、作图误差 (1)多组测量 (2)所挂钩码的质量差适当大些 系统误差 弹簧自重 选择轻质弹簧 　 注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。 2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描绘的点尽可能稀一些，这样作出的图像更精确。 3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于静止状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。 4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 5．记录数据时要注意弹力与弹簧形变量的对应关系及单位。 二、他版教材实验多融通 (一)鲁科版教材实验方案　 [差异解读] 1．刻度尺直接固定在铁架台上，刻度尺的零点和弹簧的悬点并不对齐。 2．弹簧的伸长量仍等于两次弹簧长度的读数之差。 (二)粤教版教材实验方案　 [差异解读] 1．实验原理和实验方案与人教版实验方案相同。 2．弹簧下加了指针，读数更加精确。 实验基本操作 [典例]　(2022·泸州高一检测)(1)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，以下说法正确的是________。 A．用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 B．在悬挂钩码时，可以任意增加钩码的个数 C．用刻度尺测量弹簧长度时，应保证弹簧竖直悬挂且处于静止 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，探究拉力与伸长量之间的关系 (2)某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验，他先把弹簧水平放置在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，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是选项图中的________。 [解析]　(1)弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长，故A错误；在悬挂钩码时，应不能超出弹簧的弹性限度，故B错误；用刻度尺测量弹簧长度时，应保证弹簧位于竖直位置，使钩码所受的重力等于弹簧的弹力，要待钩码静止时再读数，故C正确；该实验中应选用同一根弹簧，测出多组拉力与伸长量，探究弹簧弹力与伸长量的关系，故D错误。 (2)实验中用横轴表示弹簧的伸长量x，纵轴表示弹簧的拉力F(即所挂钩码受到的重力大小)，由胡克定律F＝kx可知，不考虑弹簧自身重力时图像过原点；如果考虑弹簧自身的重力，弹簧不挂钩码时伸长量已经不为零，故A、B、D错误，C正确。 [答案]　(1)C　(2)C 解答本题的关键： (1)明确实验原理，知道弹簧的伸长量、原长和长度间的关系，明确弹簧的劲度系数由弹簧本身决定。 (2)弄清F-x图像的意义，需要注意弹簧的水平放置与竖直放置对横、