【实验：-探究弹簧弹力与形变量的关系】优质新授课件

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系一、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、实验思路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是相等的。用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是钩码和弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。

2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算。3．建立坐标系，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(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹簧弹力与形变量的关系。三、实验器材

轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸等。

四、进行实验

1．按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。2．在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。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。

1234567F/N0l/cmx/cm0六、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轻弹簧七、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．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，但应注意一定要使不在直线上的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。题型1实验原理与操作[典例1]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F-x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、弹簧所受外力及与之对应的伸长量(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ΔF＝kΔx可得k＝200N/m，由于弹簧自身的重力，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、弹簧所受外力及与之对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)

(3)200弹簧自身有重力(4)CBDAEFG题型2数据处理与分析[典例2]一个学习小组用如图甲所示实验装置来“探究弹力与弹簧伸长量的关系”；如图乙是使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹力F与弹簧长度l的图像。回答下列问题：(1)在“探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是________。A．弹簧被拉伸时，可以超出它的弹性限度B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时，应竖直悬挂弹簧，挂在弹簧下端的钩码应处于静止状态C．用刻度尺测得弹簧的长度减去弹簧的原长就是弹簧的伸长量D．用几个不同的弹簧，分别测出它们所受的拉力与伸长量，可得出拉力与伸长量之比相等(2)由乙图可得轻质弹簧a和b的劲度系数分别为：ka＝________、kb＝________。(3)图线b上端弯曲的原因是____________________。题型3实验拓展与创新[典例3]在“探究弹簧弹力与伸长量的关系”的实验中，实验装置如图所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定的拉力。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)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，请作出F-l图线。

(2)由此图线可得出该弹簧的原长l0＝________cm，劲度系数k＝________N/m。(3)试根据以上该同学的实验情况，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：_____________________________________________________

______________________________________________________________。

[解析]

(1)由实验描出的点作出F－L图线，如图所示。

(2)弹簧的原长l0即弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，l0＝5×10－2m＝5cm。劲度系数为图线的斜率，k＝20N/m。(3)记录数据的表格如表：(4)优点在于：避免了弹簧自身重力对实验的影响。缺点在于：弹簧与桌面、绳子与滑轮之间及滑轮与轴之间存在摩擦造成实验误差。[答案]见解析次数123456弹力F/N弹簧的长度l/(×10－2m)1．某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验时，他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(

)解析：由于弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x>0，所以C正确。

答案：C2．(1)探索弹力与弹簧伸长的关系实验时，在研究某弹簧弹力物理量F与伸长量x的关系时，如果发现当x增大时，F也增大，下列说法正确的是________；A．一定是正比例关系B．一定不是正比例关系C．可能是正比例关系D．可能是一次函数关系(2)把一个轻弹簧竖直放置，下端挂一个钩码时弹簧伸长了3cm，挂四个钩码时弹簧伸长了12cm，则当挂两个钩码时，弹簧的伸长量是________cm。解析：(1)研究某两个物理量Y与X的关系时，如果发现当X增大时，Y也增大，则Y与X可能成正比例关系，也可能成一次函数关系，故C、D正确，A、B错误。(2)根据胡克定律F＝kx可得，下端挂一个钩码时G＝k·3，挂四个钩码时4G＝k·12挂两个钩码时2G＝kx解得x＝6cm。答案：(1)CD

(2)63.某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。(1)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线。由此图线可得该弹簧的劲度系数k＝________N/m；(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，此弹簧秤读数为_______，该弹簧的长度x＝________cm。答案：(1)50

(2)3.0

104．小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系”的实验。(1)小明同学在实验后，根据记录的数据进行处理，描绘出弹簧的伸长量Δx与弹力F相关的点如图乙所示，请你根据所学知识用一定的线来拟合这些点。(2)本实验中弹簧的劲度系数k＝________N/m。(3)图线中后半部分明显偏离直线，你认为造成这种现象的主要原因是____________________。答案：(1)图见解析(2)100

(3)超过弹簧的弹性限度5．某同学利用如图所示的装置探究弹簧的弹力与伸长量的关系。他将标有坐标刻度(每个小正方形的边长为1cm)的长木板固定在竖直平面内，同时将一水平横杆固定在长木板上，横杆与长木板的水平刻度线重合，弹簧的上端固定在横杆上，调整装置使弹簧的轴线与长木板的竖直刻度线重合。实验中他将弹簧的上端依次固定在横杆上0、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm刻度处，在弹簧的下端分别挂0、1、2、3、4、5个钩码，在长木板的坐标上分别记录弹簧末端的位置，如图所示。回答下列问题：(1)以不挂砝码弹簧末