2022-2023学年新教材高中物理第三章相互作用2弹力第2课时实验：探究弹簧弹力与形变的关系课件教科版必修第一册

1、第2课时实验：探究弹簧弹力与形变的关系实验必备自主学习关键能力合作探究随堂演练自主检测实验必备自主学习一、实验目的1探究弹簧弹力与形变的关系2学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法二、实验原理二力平衡三、实验器材铁架台，下端带挂钩的弹簧，100 g的钩码若干，刻度尺等四、实验步骤1如图(a)所示，将弹簧挂置于铁架台的横杆上，测出弹簧的原长(自然长度)2如图(b)所示，在弹簧下端依次挂上1个、2个相同的钩码根据二力平衡可知，静止时弹簧弹力的大小等于钩码所受重力的大小分别测出弹簧静止时的长度l，计算出弹簧的伸长量xll0.3把所测得的数据填写在下列表格中序号12345钩码所受重力G/N弹簧长度l

2、/m弹力的大小F/N弹簧的伸长量x/m4.以x为横轴，F为纵轴建立坐标系，根据表中的数据，在下图的坐标纸上描点，画出F - x图像5分析弹力F与弹簧伸长量x的关系注意事项(1)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度(2)要尽量多测几组数据(3)本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的图线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点的(4)如果实验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长为横坐标，得到的不是正比例函数(5)在弹簧悬挂后的自然下垂状态下测原长，而不是在水平状态下测量原长，因为弹簧本身重力会使弹簧伸长误差分析(1)钩码

3、标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差关键能力合作探究探究点一教材原型实验【典例示范】题型1实验操作过程例1 如图所示，用铁架台、弹簧和多个未知质量但质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系(1)为完成实验，除了图中提供的实验器材，你还需要的实验器材有：_(2)实验中你需要测量的物理量有：_、_ _刻度尺弹簧原长 弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度解析：(1)实验需要测弹簧的长度、形变量，故还需要的实验器材有：刻度尺(2)为了测量弹簧的形变量；由胡克定律可知，实验中还应测量弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度(3)为完成该实

4、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，测量出一个钩码的重力；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，并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，写出弹力与弹簧伸长量的关系式；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整理仪器请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_CBDAEFG解析：实验

5、中要先组装器材，即CB，然后进行实验，即D，最后数据处理，分析解释表达式，最后整理仪器，即AEFG.所以先后顺序为CBDAEFG.(4)若实验开始时你将图中的指针从P位置往下挪到Q，其余实验步骤不变且操作正确，则测量得到弹簧的劲度系数将_(选填“变大”“不变”或“变小”).不变解析：指针从P位置往下挪到Q，只是在测量弹簧的原长时，原长偏大，挂上钩码后，弹簧的伸长量依然没有改变，故没有影响，所以测量得到弹簧的劲度系数不变题型2数据处理及分析例2 某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，所用实验装置如右图所示，所用的钩码每只质量都是30 g他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个

6、挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，并将数据填在表中实验中弹簧始终未超过弹性限度，取g10 m/s2.钩码质量(g)0306090120150弹簧总长度(cm)6.007.008.009.0010.0011.00解析：(1)描点作图，图像如图所示(2)由图像可以得出图线的函数表达式为F(30L1.8)N.(3)图线的斜率表示弹簧的劲度系数，k30 N/m.(4)图线与横轴的交点表示弹簧弹力F0时弹簧的长度，即弹簧的原长(5)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力，此时弹簧被压缩了1 cm，即表示弹簧被压缩1 cm时的弹力(1)试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧

7、弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系图线答案：如解析图所示解析：描点作图，图像如图所示(2)该图线的函数表达式为F_ N(3)该弹簧的劲度系数k_ N/m.(4)图线与横轴的交点的物理意义是_.(5)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是_.(30L1.8)30弹簧的原长弹簧被压缩1 cm时的弹力解析：(2)由图像可以得出图线的函数表达式为F(30L1.8)N.(3)图线的斜率表示弹簧的劲度系数，k30 N/m.(4)图线与横轴的交点表示弹簧弹力F0时弹簧的长度，即弹簧的原长(5)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力，此时弹簧被压缩了1 cm，即表示弹簧被压缩1 cm时的弹力素养训练

8、1某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验(1)图甲是不挂槽码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.75 cm；图乙是在弹簧下端悬挂槽码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_ cm.(2)本实验通过在弹簧下端悬挂槽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逐一增挂槽码，记下每增加一个槽码后指针所指的标尺刻度和对应的槽码的重量B随意增减槽码，记下增减槽码后指针所指的标尺刻度和对应的槽码的重量(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F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_.6.90A弹簧受到的拉力超过了其弹性限

9、度解析：(1)弹簧伸长后的总长度为14.65 cm，则伸长量l14.65 cm7.75 cm6.90 cm.(2)逐一增挂槽码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加槽码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧(3)AB段明显偏离OA，伸长量l不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的探究点二创新型实验【典例示范】例3 在“探究弹簧弹力与形变量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图甲所示所挂的钩码的重力等于弹簧所受的向右恒定的拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度(1)有一个同学把通过以上实验测量得到的6组数据描点在图乙坐

10、标系中，请作出F-L图线答案：如图所示解析：F-L图线如图所示(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数k_ N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据).(4)该同学实验时把弹簧水平放置，与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_，缺点在于：_ _520次数123456弹力F/N弹簧的长度L/(102 m)答案：记录实验数据的表格如下表可以避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差解析：(2)弹簧的原长L0即弹簧弹力为零时弹簧的长度，由题图可知，L05102 m5 cm.劲度系数为图像直线部

11、分的斜率，k20 N/m.(3)记录实验数据的表格如下表(4)优点：可以避免弹簧自身重力对实验的影响缺点：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差次数123456弹力F/N弹簧的长度L/(102 m)素养训练2某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为h0.25 m、开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的另一端也位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l，作出F-l图线如图乙所示(1)由此图线可得出的结论是_；(2)弹簧的劲度系数为_ N/

12、m，弹簧的原长l0_ m在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比1000.15解析：(1)根据题图乙结合数学知识可知：在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比；(2)根据胡克定律可知，F与l的关系式为Fk(lhl0)klk(hl0)，从图像中可得直线的斜率为1 N/cm，截距为10 N，故弹簧的劲度系数为k1 N/cm100 N/m，由k(hl0)10 N，解得l015 cm0.15 m.随堂演练自主检测1.在“探究弹力和弹簧形变量的关系”实验中，小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验，由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到拉力F的关系如图a所示，由图求得弹簧乙的劲度系数为_ N/m.若要在两根弹簧

13、中选用一个来制作精度较高的弹簧测力计，应选弹簧_；用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力，如图b所示，物体重_N.200甲4.02某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，组装了如图甲所示的装置，所用的每个钩码的质量都是30 g他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，在坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图线，如图乙所示(将弹簧视为轻弹簧，始终未超出弹簧弹性限度，g10 m/s2)(1)由图线求得该弹簧的劲度系数k_N/m.弹簧竖直悬挂时原长x0_cm.(结果均保留两位有效数字)(2)该同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的

14、关系”实验中，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用毫米刻度尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码并测出弹簧伸长后的长度L，把LL0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_276.0C3某同学用如图甲所示的装置来探究弹力和伸长量的关系，该同学分别把弹簧和橡皮筋作为研究对象，记录每一次悬挂钩码的质量和指针所对应的刻度，然后通过分析这些数据获得实验结论(1)实验时，该同学认为可以用钩码的重力来代替弹簧或橡皮筋产生的弹力大小，这样做的依据是_A弹簧或橡皮筋产生的弹力和钩码的重力是同一个力B弹簧或橡皮筋产生的弹力和钩码的重力大小相等、方向相同C弹簧或橡皮筋产生的弹力和钩码的重力二力平衡答案：C解析：当钩码静止时，弹簧或橡皮筋产生的弹力和钩码的重力二力平衡，大小相等、方向相反，C正确，A、B错误(2)该同学用图像法来分析数据，如图乙所示，其中横轴代表伸长量、纵轴代表弹力图中“虚线”是根据橡皮筋的测量数据绘制出的图线、“”是根据弹簧的测量数据描绘的点迹，但他对弹簧的研究工作还未结束，请你根据下面表格中的数据在图中完成剩余工作：a请用“”将第4个点迹描绘在图像中；b请根据所有点迹“”，在图中画出能反映弹簧弹力变化规律的