2024_2025学年新教材高中物理第三章相互作用__力1.2实验：探究弹簧弹力与形变量的关系学案新人教版必修第一册.docxVIP

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第2课时试验：探究弹簧弹力与形变量的关系

核心素养

科学探究

(1)探究弹簧弹力与形变量的关系．(2)学会利用图像法处理试验数据．(3)能依据F-x图像求出弹簧的劲度系数．

试验必备·自主学习——突出基础性素养夯基

1.试验思路

须要测量多组弹簧________和________的数据．弹力的测量：钩码标值．形变的测量：________．

2．进行试验

(1)测原长：如图，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，视察弹簧自由下垂所达到的刻度尺位置．用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．

(2)测量弹簧总长度和弹力：在弹簧下端挂上质量为m1的钩码，测出静止时弹簧的长度l1，记录m1和l1.

(3)重复试验：

变更所挂钩码的个数，测出对应的弹簧长度，记录钩码个数和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5，并将所得数据填入表格．

钩码个数

长度

伸长量x

弹力F

0

l0＝

1

l1＝

x1＝l1－l0

F1＝

2

l2＝

x2＝l2－l0

F2＝

3

l3＝

x3＝l3－l0

F3＝

?

?

?

?

3.数据处理

(1)作图：以弹簧受到的弹力F为纵轴，弹簧伸长的长度x为横轴，依据表中的数据在坐标上描点，依据各点的分布和走向，尝试作一条平滑的曲线(包括直线)，弹力F随弹簧伸长量x变更的图线如图．依据图线可知，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧的伸长量x成正比．

(2)计算弹簧的劲度系数：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，则有F＝kx，其中常数k为弹簧的劲度系数，大小等于F-x图像的斜率，即k＝Δ

[留意事项](1)试验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度．

(2)要尽量多测几组数据．

(3)本试验是探究性试验，试验前并不知道其规律，所以描点以后所作的图线是摸索性的，只是在分析了点的分布和走向以后才确定用直线来连接这些点的．

(4)假如试验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长为横坐标，得到的不是正比例函数．

(5)在弹簧悬挂后的自然下垂状态下测原长，而不是在水平状态下测量原长，因为弹簧本身重力会使弹簧伸长．

[误差分析]

产生缘由

削减方法

读数、作图误差

(1)多组测量

(2)所挂钩码的质量差适当大些

弹簧自重

选择轻质弹簧

关键实力·合作探究——突出综合性素养形成

探究点一教材原型试验

典例示范

题型1试验操作过程

例1如图所示，用铁架台、弹簧和多个未知质量但质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系．

(1)为完成试验，除了图中供应的试验器材，你还须要的试验器材有：________．

(2)试验中你须要测量的物理量有：________、____________．

(3)为完成该试验，设计的试验步骤如下：

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．登记弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0，测量出一个钩码的重力；

C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧旁边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，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；

E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式；首先尝试写成一次函数，假如不行，则考虑二次函数；

F.说明函数表达式中常数的物理意义；

G．整理仪器．

请你将以上步骤按操作的先后依次排列出来：________________．

(4)若试验起先时你将图中的指针从P位置往下挪到Q，其余试验步骤不变且操作正确，则测量得到弹簧的劲度系数将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．

题型2数据处理及分析

例2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)试验中还须要的试验器材有________．

(2)如图乙所示，依据试验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x.由图乙可知，未挂钩码时弹簧有伸长量，是因为________________________；弹簧的劲度系数k＝________N/m.(计算结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8m/s2)

(3)试验中用两根不同的弹簧a和b，作出的弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像如图丙所示，下列说法正确的是________．

A．a的原长比b的长B．a的劲度系数比b的大

C．a的劲度系数比b的小D．弹力与弹簧长度成正比

素养训练1某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的试验．

(1)图甲是不挂槽码时弹簧下端指针所指