【公开课】重力与弹力之实验：探究弹簧弹力与形变量的关系高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

日常生活中，弹簧随处可

见，小到圆珠笔中的弹簧，

大到汽车的减震弹簧。你还能举出其他实例吗？弹力的大小与哪些因素有关？生活经验：拉力器要拉开的距离越长，所需要的拉力越大。思考：弹簧的弹力与弹簧的形变有什么关系？【创设情景，提出问题】要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些

实验器材？测量哪些物理量？如何测量？（1）如何测量F？根据二力平衡，弹簧竖直悬挂钩码，或用钩码竖直向下压缩弹簧，平衡时，钩码重力大小等于弹力大小；【创设情景，提出问题】用刻度尺测出弹簧的原长和被拉伸（或压缩）后的长度，

形变后的长度－未形变时的原长＝弹簧的形变量。（2）如何测得形变量x？要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些

实验器材？测量哪些物理量？如何测量？【创设情景，提出问题】图像法：建立F-x坐标系，描点画出图像。（3）如何直观得到F与x的关系？要探究弹力F和形变量x之间的关系，需要哪些

实验器材？测量哪些物理量？如何测量？【制订方案，设计实验】方案一：拉伸弹簧将弹簧挂在支架上，测量弹簧的原长l0；在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹

簧的长度l，求出弹簧的伸长量（x＝l－l0）

和弹力F（等于所挂钩码的重力）；改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽

量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。将弹簧放在竖直放置的玻璃试管的底部，记录

弹簧的原长l0，即标线1的位置；将合适尺寸的钩码放进玻璃管，待钩码静止时

再测出弹簧的长度l，即标线2的位置。求出弹

簧的压缩量（x＝l0－l）和弹力F（等于所支撑

的钩码的重力）；改变钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。【制订方案，设计实验】方案二：压缩弹簧注意事项：本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差。

刻度尺要________________以减小读数带来的误差，

每次改变悬挂钩码个数后，要待系统_____后再读数。实验中所提供的刻度尺分度值为1mm，

应再_____一位。竖直且紧靠弹簧稳定估读注意事项：弹簧组盒中说明书已说明每个弹簧的弹性限度，注意

实验时_______________________。坐标纸上制定标度要让点________________________。线性拟合：若图像为直线，要让尽量多的点

分布在直线上，不在线上的点均匀分布在直

线的_____，特别远的点_____。不要超过它的弹性限度尽量分布到整个坐标纸上两侧舍去根据实验步骤，某次测量采集的数据如下表（l0=8cm）【分组实验，采集数据】

次数项目123456弹力F/N弹簧总长l1/cm弹簧伸长x/cm12345

61012

141618202468

10

12根据表格数据，作出F-x图像。图像法：以弹力F为纵坐标，以弹簧的形变量x为横坐标，根据

所测数据在坐标纸上描点；按照图中各点的分布与走向，作出一条直线，

所画的点不一定正好都在这条直线上，但要

注意使直线两侧的点数大致相同；以伸长量为自变量，图像代表的函数表达式_______________，表达式中常数的物理意义：_____________________________。

F=(0.5N/cm)x弹簧每伸长1cm，弹力增大0.5N2

46

8

10126543210【分析论证、得出结论】胡克定律：在弹性限度内，弹力的大小跟

物体的形变量成正比，即F=kx。式中k表示弹簧的劲度系数，跟弹簧材料、

粗细、长短等有关；强调：x表示形变量，而非弹簧的长度。罗伯特·胡克1635-1703通过F-x图像（斜率）可以求出不同弹簧的弹性系数。【反思改进】在实验过程中，可能会出现哪些影响

实验结果的误差？为减小误差可以采取怎样的措施？【反思改进】实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的

__________；测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系；记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位；弹性限度为了减小弹簧自身重力带来的影响，应尽量选_____弹簧；

测弹簧原长时应让弹簧_____________________________，

而不是平放在水平面上处于自然伸长状态；描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少

数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的

曲线或直线；轻质在不挂钩码时保持自然下垂状态【反思改进】例1、某实验小组做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长L0＝4.6cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码记下对应的弹簧长度L，数据记录如下表所示：（1）根据表中数据在图中作出F-L图线；（2）由图线可得，该弹簧劲度系数k＝_____N/cm；（3）图线与L轴的交点坐标大于L0的原因是什么？50L0＝4.6cm图线与L轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度，其数值大于弹簧原长，是因为弹簧自身重力的影响。练习1、一弹簧测力计的量程是10N，刻度总长度是5cm，

该弹簧测力计上弹簧的劲度系数是（）A．200N/mB．2N/mC．50N/mD．5000N/mA5cm探究弹簧弹力与形变量的关系创设情境，提出问题制订方案，设计实验分组实验，采集数据分析论证，得出结论规律应用，反思改进（1）如何测量F？（2）如何测得x？（3）如何直观得到F与x的关系？（1）弹簧的原长（2）钩码的重力和对应的弹簧的长度（3）改变钩码个数，重复测量（1）表格记录数据（2）在F-x图像中描点连线（1）结论：胡克定律（2）应用（1）实验误差的改进措施（2）例题解析弹簧的劲度系数劲度系数，即刚度系数（或称倔强系数、弹性系数）。

它描述单位形变量时所