2024_2025学年新教材高中物理第三章相互作用实验探究弹簧弹力与伸长量的关系学案粤教版必修第一册.doc
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试验探究弹簧弹力与伸长量的关系
一、试验目的
1．探究弹簧弹力与伸长量的关系。
2．学会利用列表法、图像法、函数法处理试验数据。
3．学会依据F-x、F-L图像求出弹簧的劲度系数。
二、试验原理
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相等；在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。因此我们可以通过对弹簧悬挂不同重物并求出对应的伸长量来探究弹簧弹力与伸长量的关系。
2．弹簧的长度可用刻度尺干脆测出；伸长量可由弹簧的长度减去弹簧的原长求得。
3．建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力的大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出试验所测得的各组数据(x，F)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，依据试验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系。
三、试验器材
轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸。
四、试验步骤
1．如图所示，将弹簧的一端固定在铁架台上，让弹簧自然下垂，用刻度尺测量并记录弹簧的原长L0。
2．在弹簧的挂钩上，挂上一个钩码，测量弹簧伸长后的长度，计算此时弹力的大小并将数据填入表中。
3．依次增加钩码，重复上述操作。
试验数据记录表
弹簧原长L0＝________cm。
试验次数
钩码的重
力G/N
弹簧的长度L/cm
弹簧的伸长量x/cm
弹力的大小F/N
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变更的图像。由实际作出的F-x图像可知，图像为过原点的直线。
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，函数表达式中的常数即弹簧的劲度系数，这个常数也可依据F-x图像的斜率求解，即k＝eq\f(ΔF,Δx)。
六、误差分析
产生缘由
减小方法
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、留意事项
1．本试验要求定量测量，因此要尽可能减小试验误差。为了减小读数带来的误差，刻度尺要竖直且紧靠指针。每次变更悬挂钩码的个数后，要待系统静止后再读数。
2．试验中所供应的刻度尺的分度值为1mm，读数应估读到下一位。
3．留意弹簧的弹性限度，运用时不要超过它的弹性限度。
4．描点画线时，所描的点不肯定都落在一条直线上，但应留意肯定要使各点匀称分布在直线的两侧。
5．记录数据时要留意弹力和弹簧伸长量的对应关系及单位。
题型一试验原理与操作
[例题1]
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来探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成试验，还须要的试验器材有：________________________。
(2)试验中须要测量的物理量有：_____________________________
_____________________________________________________。
(3)为完成该试验，设计试验步骤如下：
A．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧旁边竖直固定一把刻度尺；
B．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；
C．登记弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；
D．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，假如不行，则考虑二次函数；
E．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，并分别登记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；
F．说明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依次排列出来：A________________FG。
[解析](1)试验过程中须要测量弹簧的长度或伸长量，因此试验器材还须要有刻度尺。
(2)为了测量弹簧的伸长量，试验中应测量弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的长度。
(3)依据完成试验的合理性可知先后依次为ACEBDFG。
[答案](1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)(3)CEBD
题型二数据处理与误差分析
[例题2]某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的试验。
(1)将弹簧自然悬挂在铁架台上，将刻度尺竖直固定在弹簧一侧，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，数据如下表所示：
代表符号
L0
Lx
L1
L2
L3
数值/cm
25.35
27.35
29