2020版新教材高中物理第3章第2节第2课时探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系教案鲁科版.docx

第2课时探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系 学生用书P54一、实验目的1探究弹簧弹力大小与伸长量的关系2了解弹簧测力计的工作原理二、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸三、实验原理与设计1如图1所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，由二力平衡知识可知，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等2通过改变悬挂钩码的个数来改变弹簧弹力的大小，弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算四、实验步骤1安装实验装置，如图2所示，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l1并记下钩码的质量m1.3增加钩码的个数，重复步骤2，并计算出每次弹簧的伸长量x和弹簧弹力F，将数据填入表格1234567钩码质量m/g弹簧弹力F/N弹簧长度l/cm弹簧伸长量x/cm五、数据分析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3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，这个常数也可据Fx图线的斜率求解，k.六、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，这样作出的图线精确3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七、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点 学生用书P55实验原理及操作如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_(2)实验中需要测量的物理量有：_.(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的Fx图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_ N/m.图线不过原点是由于_(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、钩码，分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_解析(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)取图像中(0.5，0)和(3.5，6)两个点，代入Fkx可得k200 N/m，由于弹簧自身的重力的影响，使得弹簧不加外力时就有形变量(4)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG.答案(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)200弹簧自身重力的影响(4)CBDAEFG实验数据处理及误差分析(2019安徽滁州高一期末)某实验小组做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长L04.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码记下对应的弹簧长度L，数据记录如下表所示：钩码个数1 2 3 4 5弹力F/N 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0弹簧的长度L/cm7.0 9.011.013.015.0(1)根据表中数据在图中作出FL图线；(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k_N/m；(3)图线与L轴的交点坐标大于L0的原因是_.解析(1)描点作图，如图所示： (2)图像的斜率表示劲度系数，故有：k50 N/m.(3)图线与L轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度，其数值大于弹簧原长，因为弹簧自身重力的影响答案 (1)见解析图(2)50(3)竖直悬挂时，弹簧自身重力的影响实验改进与创新(2019四川棠湖中学高一期末)用如图所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A点，另一端用细线绕过定滑轮挂钩码，旁边附有一竖直放置的厘米刻度尺当挂两个钩码时，线上一定点P对应的刻度线如图中的ab虚线所示，当挂三个钩码时，线上一定点P对应的刻度线如图中的cd虚线所示已知每个钩码的质量为50 g，重力加速度g9.8 m/s2.ab虚线处刻度尺读数是d1_m；则被测弹簧的劲度系数为_N/m.解析ab虚线处刻度尺读数是d131.10 cm0.311 0 m，由图可知，当钩码增至3个时，弹力增大mg，而弹簧的长度伸长(31.8031.10) cm0.70 cm，则由胡克定律及力的平衡关系可知，Fkxmg解得劲度系数为：k N/m70 N/m.答案0.311 070 学生用书P561(多选)在“探究弹簧伸长量与弹力的关系”实验中，以下说法正确的是()A弹簧被拉伸时，不能超出其弹性限度B测弹簧的原长时，应将弹簧平放在水平桌面上C用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时，应保证弹簧处于竖直位置且平衡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解析：选AC.本实验中应以同一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力，从而探究弹力与弹簧伸长量的关系；但在测原长时，应把弹簧竖直悬挂，自然伸长时测量，这样可以避免弹簧自身重力对测量结果的影响故选AC.2(多选)(2019广西检测)用如图所示的装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验，下列说法正确的是()A要记录弹簧的伸长量及所挂钩码的质量B为减小实验误差，应多测几组数据C每次增加的钩码数量必须相等D通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的长度成正比解析：选AB.弹簧被拉伸时，要记录弹簧的伸长量及所挂钩码的质量，方便研究弹力与形变量的关系，故A正确；为减小实验误差，应多测几组数据，故B正确；每次增加的钩码数量不必相等，故C错误；在弹性限度内，弹力与形变量成正比，故D错误3(2019山东临沂期末)小王在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐在弹簧下端挂一个钩码，静止时弹簧长度如图所示，其示数为_ cm.在弹簧下端挂三个钩码时，弹簧长度为24.95 cm.已知每个钩码质量是50 g，当地重力加速度g10 m/s2，据此小王计算出弹簧的劲度系数为_ N/m.解析：毫米刻度尺的最小格为1 mm，需要估读到0.1 mm由读数方法可知图中的读数为：24.75(24.7324.77均正确)cm；挂1个钩码时，重力为：Gmg0.0510 N0.5 N；挂3个钩码时，重力为G3mg1.5 N；则根据胡克定律可知：k N/m500(454556均正确)N/m.答案：24.75(24.750.02)500(454556均正确)4(2018山东学考)某同学在做“探究弹簧形变与弹力的关系”的实验时，将一轻弹簧竖直悬挂使其自然下垂，用刻度尺测出自然长度；然后在弹簧下端悬挂钩码对其施加向下的拉力F，测出相应的弹簧长度，再计算出弹簧的伸长量x；改变拉力F的大小(在弹性限度之内)，测出多组数据，作出F与x的关系图线如图所示，由图线可求得弹簧的劲度系数为_N/m.若测得弹簧的自然长度为0.1 m，所用钩码的质量均为50 g，当挂3个钩码时，弹簧的长度为_m(取g10 m/s2) 解析：由胡克定律及题给图像知，题图的斜率表示弹簧的劲度系数；k N/m50 N/m.当挂3个钩码时，F3mg1.5 N，x m0.03 m，故弹簧的长度x总xx0(0.030.1) m0.13 m.答案：500.135(2019黑龙江大庆期末)如图所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系(1)实验中还需要的测量工具有：_(2)如图所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x.由图可知：图线不通过原点的原因是_；弹簧的劲度系数k_N/m(计算结果保留2位有效数字，重力加速度g取9.8 m/s2)(3)如图所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，画出弹簧弹力F与弹簧长度L的FL图像，下列说法正确的是_Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D弹力与弹簧长度成正比解析：(1)实验需要测弹簧的长度、形变量，故还需要的实验器材是刻度尺；(2)由图可知，当m0时，x大于零，说明没有挂钩码时，弹簧有伸长，这是由弹簧自身的重力造成的；图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比，由此可得k N/m4.9 N/m；(3)在图像中横截距表示弹簧的原长，故b的原长比a的长，故A错误；在图像中斜率表示弹簧的劲度系数k，故a的劲度系数比b的大，故B正确，C错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误答案：(1)刻度尺(2)弹簧自身有重力4.9 (3)B6(2018高考全国卷)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针现要测量图(a)中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留3位有效数字)解析：实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm，游标