实验 探究弹簧弹力与形变量的关系2022-2023学年高一物理（人教版2019必修第一册）

第三章

人教版

高中物理必修一实验

探究弹簧弹力与

形变量的关系实验目的与原理01偶然误差与系统误差03实验器材与操作02巩固提升04通过前面的学习我们知道，胡克通过实验找到了弹簧弹力与形变量的关系：F=kx。我们是不是也可以通过实验找到这个规律，并能测出弹簧的劲度系数呢？新课导入实验目的与原理PART011.探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的定量关系。2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。3.验证胡克定律

F=kx。实验目的011．弹簧弹力的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹簧弹力的大小与钩码的重力大小相等，即F=mg2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码之后弹簧的总长度l可用刻度尺直接测出，弹簧的伸长量x=l-l03．图像法处理实验数据：作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像分析弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。实验原理02实验器材与操作PART02

带铁夹的铁架台、毫米刻度尺、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等。实验器材011．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和钩码的重力。3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，用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。实验步骤021234567F/N00.51.01.52.02.53.0l/cm6.07.08.09.010.011.012.0x/cm01.02.03.04.05.06.04．记录数据实验步骤021．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变化的图像。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F=kx,函数表达式中的常数k即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F-x图像的斜率求解，。3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的意义。数据处理031．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过度拉伸，超出它的弹性限度。2．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。3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，连线时应让尽量多的点落在所画图线上，个别严重偏离的点应舍弃，不在所画图线上的点应大致均匀分布在曲线（包括直线）的两侧。4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。注意事项04实验过程05偶然误差与系统误差PART031．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差要尽量多测几组数据。2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧。你具体理解系统误差和偶然误差吗？两种误差01

偶然误差是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大偏小的概率相同。因此，可以多进行几次测量，求出几次测得的数值的平均值，这个平均值比一次测得的数值更接近于真实值。

因此，可以用求平均值的方法来减小偶然误差。偶然误差02系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的。系统误差的特点是在多次重做同一实验时，误差总是同样的偏大或偏小，不会出现这几次偏大另几次偏小的情况。要减小系统误差，必须校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验。系统误差03巩固提升PART05【练习1】某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其伸长量的关系”的实验．(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持________状态．(2)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原长x0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(3)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，该弹簧的长度x＝________cm.【答案】(1)竖直(2)450(3)10课堂练习【练习2】以下是某同学在进行“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验时的实验步骤：(1)将一个弹簧的上端固定在铁架台的横杆上，竖直悬挂起来，在弹簧下端挂一个钩码，记下钩码的质量m1，此时弹簧平衡，弹力大小为F1＝m1g，用刻度尺测量出此时弹簧的长度l1，并记录到表格中.(2)再增加钩码，重复上述操作，逐渐增加钩码的重力，得到多组数据.(3)以力F为纵轴，以弹簧长度l为横轴，建立直角坐标系，根据所测的数据在坐标纸上描点.(4)按坐标纸上所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(或直线).(5)根据图线的特点，分析弹簧的弹力F与弹簧长度l的关系，并得出实验结论.以上步骤中有三个不当之处，请将不合理的地方找出来并进行修正.课堂练习【分析与修正】(1)中还应该测出弹簧的原长l0，此时应在不挂钩码的情况下，让弹簧保持自然下垂状态，用刻度尺测出弹簧长度即弹簧的原长为l0；(3)中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横轴，因为探究的是弹簧弹力与形变量的关系；(5)中应分析弹簧弹力与形变量的关系.课堂练习【练习3】某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验时，设计了如图甲所示的实验装置，将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺固定在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码,测出弹簧相应的总长度.每只钩码的质量都是10g.实验数据见下表.(g取10N/kg)课堂练习钩码质量m/g01020304050弹簧总长度l/cm3.003.504.004.505.005.50弹力大小F/N00.10.20.30.40.5(1)关于本实验，下列说法正确的是______.A.悬挂钩码时，应在钩码静止后再读数B.应在弹簧的弹性限度范围内进行测量C.在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态D.在测量弹簧原长时，应将弹簧平放在水平桌面上，使其自然伸长，并

测出其长度【参考答案】ABC课堂练习(2)根据上述实验数据，在图乙所示的坐标纸上，作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的关系图像，并求出该弹簧的劲度系数

k＝______N/m.

图线的斜率大小表示弹簧的劲度系数，解得k＝20N/m.20课堂练习(3)一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹簧弹力与弹簧长度的图像如图丙所示.下列表述正确的是_____.A.a的原长比b的短B.a的劲度系数比b的小C.a的劲度系数比b的大D.测得的弹力与弹簧的长度成正比【参考答案】AC课堂练习【练习4】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.课堂练习(1)有一个同学把通过以上实验测量得到的6组数据描点在如图的坐标系中，请作出F－L图线.课堂练习(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.【解析】弹簧的原长L0即弹簧弹力为零时弹簧的长度，由题图可知，L0＝5×10－2m＝5cm.劲