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（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 (实验课—基于经典科学探究) 1．将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡知，弹簧对钩码的弹力(F)大小等于钩码所受重力的大小。 2．通过改变悬挂钩码的个数来改变弹簧弹力的大小F。 3．测出弹簧的原长l0和每次悬挂钩码对应弹簧的长度l，得到弹簧的伸长量x＝l－l0。 4．确定F与x的数量关系及弹簧的劲度系数k。 一、实验步骤　 1．按实验装置图安装实验器材，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质量。 3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格。 弹簧原长l0＝________cm。 次数 1 2 3 4 5 6 7 钩码质量m/g 弹簧弹力F/N 弹簧长度l/cm 弹簧伸长量x/cm 二、数据处理　 1.以弹力F(大小等于所挂钩码受到的重力)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变化的图像。由作出的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，写出弹力大小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＝。 3．实验结论 (1)弹簧的弹力随伸长量的增大而增大。 (2)在误差允许的范围内，弹簧的弹力大小与伸长量成正比。 三、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伸长量的对应关系及单位。 四、误差分析　 产生原因 减小方法 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 [关键点反思] 1．对所挂钩码的质量有什么要求？ 提示：不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。 2．测量弹簧长度时要注意什么？ 提示：要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量。 3．作图描点画线时应参照什么原则？ 提示：所描的点不一定都落在一条直线上，但不在直线上的点应尽量对称地分布在直线的两侧。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　(1)在“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是________。 A．用直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静止 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等 (2)某同学做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的实验，他先把弹簧水平放置在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长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，在不超出量程的前提下可以任意增加钩码的个数，故B错误；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，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；弹簧所受拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数不同，故D错误。 (2)实验中用纵轴表示弹簧的伸长量x，横轴表示弹簧的拉力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、C、D错误，B正确。 [答案]　(1)C　(2)B [微点拨] 解答本题关键： (1)明确实验原理，知道弹簧伸长量、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xF图像的意义，需要注意弹簧的水平放置与竖直放置对横、纵坐标的影响。　　 考法(二)　数据处理和误差分析 [例2]　某同学探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。 (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________方向(填“水平”或“竖直”)。 (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