第三章 第2节 第2课时 实验： 探究弹簧弹力与形变的关系（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材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 [对应学生用书P67] 1．探究弹簧弹力与形变量的关系。 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F­x、F­l图像分析有关问题。 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，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，静止时弹簧产生的弹力大小与所挂钩码受到的重力大小相等。因此我们可以通过对弹簧悬挂不同质量的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对应的点(x，F)，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。 　下端带挂钩的弹簧、100 g的钩码若干、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸。 1．按图甲安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的长度(弹簧的原长)l0. 甲　　　　　乙 2．如图乙所示，在弹簧下悬挂一个钩码，记下弹簧静止时的长度和钩码所受重力的大小。 3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，F表示弹力，l表示弹簧的长度，计算出弹簧的伸长量x＝l－l0。 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力G/N 弹簧长度l/cm 弹力的大小F/N 弹簧的伸长量x/cm 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。得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像。由实际作出的F­x图像可知，图像为过原点的直线。 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，函数表达式中的常量即为弹簧的劲度系数，这个常量也可根据F­x图像的斜率求解，k＝。 产生原因 减少方法 偶然误差 读数、作 图误差 (1)测量多组数据 (2)所挂钩码的质量差适当大些 系统误差 弹簧自重 选轻质弹簧 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧超出其弹性限度。 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稳定状态时测量，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及弹簧伸长量的对应关系及单位。 [对应学生用书P68] 以下是某同学所进行的“探究弹簧弹力与形变的关系”的实验步骤： ①将一根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，此时弹簧静止，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，逐渐增加钩码的个数，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(或直线)。 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。 (1)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。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)实验中若该同学先把弹簧平放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.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(　　) 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弹簧原长l0； ③中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横坐标，因为探究的是弹簧弹力的大小与伸长量的关系； ⑤中应分析弹簧弹力的大小与伸长量的关系。 (2)考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码(即F＝0)时，弹簧的伸长量x≠0，所以选C。 答案　(1)见解析　(2)C [方法总结]　如果弹簧拉力的大小不稳定，在读取弹