高中人教物理实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 教案.doc

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系
1．探究弹簧弹力与形变量的关系。
2．学会用列表法和图像法处理实验数据。
弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大。
铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。
1. 安装实验仪器(如图所示)。
2．测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据。
3．根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标。
4．按照在图中所绘点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(包括直线)，使尽可能多的点落在线上，不能落在线上的点均匀分布在线的两侧，离线较远的点舍弃。
5．以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数。
1．列表法
将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的。
2．图像法
以弹簧伸长量x为横坐标、弹力F为纵坐标建立坐标系，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。
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．尽量多测几组数据：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。描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧。
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。
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。
1．弹力的获得：弹簧竖直悬挂，钩码的重力大小等于弹簧的弹力→压力传感器测弹簧弹力；弹簧水平放置，消除弹簧自重的影响。
2．长度的获得：刻度尺测量→游标卡尺测量。
3．图像的获得：根据测得的数据在坐标纸上作图→由传感器和计算机输入数据得到图像。
1．将两个弹簧“串联”或“并联”。
2．探究弹簧劲度系数与弹簧长度、“粗细”的关系。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
考点1　　实验原理与实验操作
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F­x图像，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m。图线不过原点的原因是__________________________。
(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，并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：________。
尝试解答　(1)毫米刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧自身存在重力 (4)CBDAEFG。
(1)根据实验原理可知，还需要毫米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＝200 N/m。由于弹簧自重的原因，使得弹簧不挂钩码时就有形变量。
(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
[变式1]　(2020·湖北省三校——荆州中学、宜昌一中、龙泉中学高三上联考)某实验小组用如图所示的装置测量弹簧的劲度系数k。每当挂在弹簧下端的钩码(每个钩码质量m＝50 g)处于静止状态时，用刻度尺测出对应的弹簧长度L(弹簧始终在弹性限度内)，列表记录如下：
所挂钩码个数n
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