3.1.2 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第一册同步练测（人教版2019）

第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系

 

 

[对应学生用书第58页]

一、实验目的

1．探究弹簧弹力与形变量的关系。

2．学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。

二、实验原理

1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg。

2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0。

3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。

三、实验器材

轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸。

四、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。

五、数据处理

1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)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变化的图线，如图所示。

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图线的斜率求解，k＝。

3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。

六、误差分析

1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据。

2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧。

七、注意事项

1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。

2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。

3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。

4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。

[对应学生用书第59页]

一、实验原理与操作

[例1]　某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度线与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图甲所示。图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1＝________ cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________ N(当地重力加速度g＝9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是________，作出F-x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。

[解析]　图乙可估读为25.85 cm。挂2个钩码时，弹簧弹力等于钩码的重力，即F2＝2mg＝0.98 N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。

[答案]　25.85　0.98　弹簧原长

二、实验数据处理

[例2]　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，数据如表所示：

表中有一个数值记录不规范，代表符号为________，由表可知所用刻度尺的最小分度值为________。

(3)如图是该同学根据表中数据作的m-x图像，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________(选填“L0”或“Lx”)的差值。

(4)由图可知弹簧的劲度系数为______ N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为______ g。(结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8 m/s2)

[解析]　(1)为保证弹簧的形变，只由砝码和砝码盘的重力引起改变，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，所