第3章 第1节 第3课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（人教版2019，浙江专用）

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 第3课时 (实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置 二、实验原理 1．弹簧弹力F的测量：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，即F＝mg。 2．弹簧伸长量x的确定：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。 一、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。   1 2 3 4 5 6 7 F/N 0             l/cm               x/cm 0             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。 三、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 四、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。 1．弹簧原长可以在任意情况测量吗？为什么？ 提示：测弹簧原长以及长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定时测量，为了减小弹簧自身所受重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态。 [关键点反思] 2．弹簧下端所挂钩码越多越好吗？ 提示：随着所挂钩码数量的增多，弹簧会越来越长。实验时，要注意弹簧下端所挂钩码不宜太多，以免超出弹簧的弹性限度。 3．是否可以用折线把坐标纸上描出的(x，F)坐标点连接起来？为什么？应该如何做？ 提示：描点作图时，应使尽量多的点落在画出的图线上，可允许少数点均匀分布于图线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的图线不应是折线，而应是过原点的直线。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。 (1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量为________cm。 (2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________。(填选项前的字母) A．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量 B．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量 (3)图丙是该同学描绘的弹力F与弹簧的伸长量x的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是___________________________________________。 [解析]　(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2＝14.66 cm，所以此时弹簧的伸长量为Δl＝l2－l1＝6.93 cm。 (2)为防止弹簧超出弹性限度，应逐渐增加钩码的重量，故选项A正确。 (3)由题图丙知AB段伸长量与弹力不成线性关系，主要原因是钩码重力过大，导致弹簧形变量超出弹簧的弹性限度。 [答案]　(1)6.93(6.92～6.94均可)　(2)A (3)弹簧形变量超出弹簧的弹性限度 把握实验操作中解题关键点 (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、纵坐标的影响。　　 [微点拨] 考法(二)数据处理和误差分析 [例2]　物理兴趣小组通过实验探究弹簧弹力与弹簧长度的关系。他们将弹簧和刻度尺固定在铁架台的横杆上，并使弹簧上端与刻度尺的零刻度对齐。 (1)某次加挂钩码稳定后，弹簧下端的指针对应着刻度尺的位置如图甲所示(图中箭头所指的位置)，此时弹簧的长度为________ cm。 (2)小明同学根据实验测得的数据，在坐标纸上做出弹力F与弹簧长度l的关系图像，如图乙所示，由图像可知弹簧的劲度系数为________ N/m。 (3)小君同学使用两条不同的轻质弹簧a、b，得到弹力F与弹簧长度l的关系图线如图丙所示，下列说法正确的是________。 A．a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的小 C．弹簧弹力相同时