高考物理总复习主题二相互作用与运动定律实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系市赛课公开课一等奖省名师

试验：探究弹力与弹簧伸长量关系1/35一、试验目标1.探究弹力与弹簧伸长关系。2.学会利用列表法、图象法、函数法处理试验数据。3.验证胡克定律。2/35二、试验原理1.如图1所表示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生弹力与所挂钩码重力大小相等。图13/354/35三、试验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。四、试验步骤1.按图2安装试验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应刻度l0。图25/352.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧总长度并记下钩码重力。3.增加钩码个数，重复上述试验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧总长度，x＝l－l0表示弹簧伸长量。

1234567F/N0

l/cm

x/cm0

6/35五、数据处理1.以弹力F(大小等于所挂钩码重力)为纵坐标，以弹簧伸长量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改变图线，如图3所表示。图37/35六、误差分析因为弹簧原长及伸长量测量都不便于操作，存在较大测量误差，另外因为弹簧本身重力影响，即当未放重物时，弹簧在本身重力作用下，已经有一个伸长量，这么所作图线往往不过原点。

8/35七、注意事项1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它弹性程度。2.每次所挂钩码质量差尽可能大一些，从而使坐标上描点尽可能稀一些，这么作出图线准确。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两侧。5.统计数据时要注意弹力及弹簧伸长量对应关系及单位。9/35关键点一试验原理及试验操作[例1]

某同学探究弹力与弹簧伸长量关系。(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________方向(填“水平”或“竖直”)。(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10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6。数据以下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.3010/35表中有一个数值统计不规范，代表符号为________。由表可知所用刻度尺最小分度为________。(3)图4是该同学依据表中数据作图，纵轴是砝码质量，横轴是弹簧长度与________差值(填“L0”或“Lx”)。图411/35(4)由图可知弹簧劲度系数为________N/m；经过图和表可知砝码盘质量为________g。(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2)解析(1)为确保弹簧形变只由砝码和砝码盘重力引发，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)弹簧静止时，统计原长L0；表中数据L3与其它数据有效数字位数不一样，所以数据L3不规范，标准数据应读至厘米位后两位，最终一位应为预计值，准确至mm位，所以刻度尺最小分度为1mm。(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L－Lx。12/35答案(1)竖直(2)静止L3

1mm

(3)Lx

(4)4.9

1013/35关键点二试验数据处理[例2]

一位同学做“探究弹力大小与弹簧伸长量之间关系”所测几组数据见下表，请你依据表中数据作出分析。弹力F/N0.51.01.52.0弹簧原来长度L0/cm15.015.015.015.0弹簧以后长度L/cm16.017.117.919.0弹簧伸长量x/cm

14/35(1)算出每一次弹簧伸长量，并将结果填在表中空格内。(2)在坐标图上作出F－x图线。(3)写出图线函数表示式(x用cm作单位)：_____________。(4)函数表示式中常数物理意义：___________________。图515/35解析

(1)弹力F/N0.51.01.52.0弹簧伸长量x/cm1.02.12.94.0(2)依据表格数据在F－x坐标图上描点，依据描点作直线，使所描各点拟合在直线上(不在直线上点均匀分布在直线两侧)。16/35(3)依据(2)中F－x图线知，F与x是正百分比函数，设表示式为F＝kx，将F＝0.5N、x＝1.0cm代入得k＝0.5N/cm故函数表示式为F＝0.5x(N)。(4)函数表示式中常数就是弹簧劲度系数。答案看法析17/35关键点三创新试验[例3]

在“探究弹力和弹簧伸长量关系，并测定弹簧劲度系数”试验中，试验装置如图6所表示。所用每个钩码重力相当于对弹簧提供了向右恒定拉力。试验时先测出不挂钩码时弹簧自然长度，再将5个钩码逐一挂在绳子下端，每次测出对应弹簧总长度。图618/35(1)有一个同学经过以上试验测量后把6组数据描点在坐标系图7中，请作出F－L图线。图719/35(2)由此图线可得出该弹簧原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m。(3)试依据该同学以上试验情况，帮助他设计一个统计试验数据表格(无须填写其试验测得详细数据)。(4)该同学试验时，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：__________________________________________________________________________________________________。20/35解析(1)F－L图线如图所表示：(2)弹簧原长L0即弹力为零时弹簧长度，由图象可知，L0＝5×10－2m＝5cm。劲度系数为图象直线部分斜率，k＝20N/m。21/35(3)统计数据表格以下表次数123456弹力F/N

弹簧长度L/(×10－2m)

(4)优点是：能够防止弹簧本身重力对试验影响。缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦会造成试验误差。答案(1)看法析图(2)5

20

(3)、(4)看法析22/351.以下关于“探究弹力和弹簧伸长量关系”试验说法中正确是(

)A.试验中k详细数值必须计算出来B.假如没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F－L图线也是过原点一条直线C.利用F－x图线可求出k值D.试验时要把全部点连到线上，才能探究得到真实规律23/35解析

“探究弹力和弹簧伸长量关系”试验中利用F－x图线可求出k值，但不一定要求解出k值，试验中用弹簧长度L代替x，F－L图线不是过原点一条直线，作图时绝大多数点经过直线，偏离较大点应舍去。C项正确。答案C24/352.某同学做“探究弹力与弹簧伸长量关系”试验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然增加，用直尺测出弹簧原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后长度L，把L－L0作为弹簧伸长量x。这么操作，因为弹簧本身重力影响，最终画出图线可能是(

)解析因为考虑弹簧本身重力影响，当不挂钩码时，弹簧伸长量x＞0，所以选项C正确。答案C25/353.某同学在“探究弹力和弹簧伸长关系”时，安装好试验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图8甲所表示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置放大图，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50g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________N(当地重力加速度g＝9.8m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量是__________，作出F－x曲线，得到弹力与弹簧伸长量关系。26/35解析由图乙可估读为25.85cm。挂2个钩码时，弹簧弹力等于钩码重力，即F2＝2mg＝0.98N。因为弹簧伸长量等于弹簧现在长度减去弹簧原长，所以要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。答案25.85

0.98弹簧原长图827/354.在“探究弹力和弹簧伸长关系”试验中，某试验小组将不一样数量钩码分别挂在竖直弹簧下端进行测量，依据试验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码重力G与弹簧总长L关系图象，依据图象回答以下问题。(1)弹簧原长为________cm。(2)弹簧劲度系数为________N/m。(3)分析图象，总结出弹力F跟弹簧长度L之间关系式为________________________。(L用m为单位)图928/35答案(1)10

(2)1000

(3)F＝1000(L－0.10)N29/355.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量关系”试验。图10(1)图10甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指标尺刻度，此时弹簧伸长量Δl为________cm。30/35(2)本试验经过在弹簧下端悬挂钩码方法来改变弹簧弹力，关于此操作，以下选项中规范做法是________。(填选项前字母)A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指标尺刻度和对应钩码总重B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指标尺刻度和对应钩码总重(3)图丙是该同学描绘弹簧伸长量Δl与弹力F关系图线，图线AB段显著偏离直线OA，造成这种现象主要原因是_____________________________________________________。31/35解析(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2＝14.66cm，Δl＝l2－l1＝6.93cm。(2)为预防弹簧超出弹性程度，应逐步增加钩码重量，故选A。(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系，主要原因是钩码重力超出弹簧弹性程度。答案(1)6.93

(2)A

(3)超出弹簧弹性程度32/356.某同学用如图11甲所表示装置做“探究弹力和弹簧伸长关系”试验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐一增加钩码，分别测出指针所指刻度尺刻度，所得数据列表以下(g取10m/s2)：图1133/35钩码质量m/g0