全程学习2021-2021学年高中物理34实验探究弹力和弹簧伸长的关系精讲优练课型课件必修1

实验：探究弹力和弹簧伸长的关系目的和器材实验目的1.探究弹簧伸长量与弹力的关系。2.会用列表法、图像法处理实验数据。实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。实验原理1.用悬挂法测量弹簧的弹力F：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂的钩码的重力大小相等，即F=mg。2.测出弹簧的伸长量x：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，其伸长量x=l-l0，如图所示。实验原理3.探究弹力和弹簧伸长的关系：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，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。【实验过程】一、实验步骤1.如图所示，将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧处于自然伸长状态时的长度l0，即原长。2.在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入设计的表格中。3.改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。钩码个数长度伸长量x钩码质量m弹力F0l0=0001l1=x1=l1-l0=m1=F1=2l2=x2=l2-l0=m2=F2=5l5=x5=l5-l0=m5=F5=二、数据处理1.图像法：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变化的图线。可以发现F-x图线是一条过原点的直线。2.函数法：弹力F与弹簧的伸长量x应满足函数F=kx的关系。【误差分析】1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。【注意事项】1.安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2.不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度。3.尽量多测几组：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。4.观察所描点的走向：不要画折线。5.统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。热点一实验原理及实验误差的分析【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：

。【正确解答】(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、弹簧所受外力与对应的伸长量(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、弹簧所受外力及对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)

(3)200弹簧自身重力(4)CBDAEFG热点二数据处理【典例2】(2014·浙江高考)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。(1)某次测量如图乙所示，指针示数为

cm。(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为

N/m(重力加速度g取10m/s2)。由表中数据

(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36【正确解答】(1)刻度尺读数需要估读到精确位的下一位，由图可知指针示数为16.00cm，考虑到误差范围，15.95～16.05cm均算对。(2)由胡克定律F=kΔx，结合表格数据可知弹簧Ⅰ的劲度系数k1=N/m=12.5N/m，考虑误差范围情况下12.2～12.8N/m均算正确；对于计算弹簧Ⅱ的劲度系数，只需要测出弹簧Ⅱ的形变