资源简介

(共43张PPT)
第2课时　实验：探究弹簧弹力与伸长量的关系
一、实验目的
1.探究弹簧弹力与形变量的关系．
2.学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法．
二、实验原理
1.弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码所受的重力大小相等，即F＝mg.
2.弹簧的伸长量x的确定：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，弹簧的伸长量x＝L－L0.
3.作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．
三、实验器材
轻质弹簧（一根），钩码（一盒），刻度尺，铁架台，坐标纸．
四、实验步骤
1.将弹簧的一端固定在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧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，测出此时弹簧的长度L1，记录m1和L1.
3.改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5…和相应的弹簧长度L2、L3、L4、L5….
4.计算出每次弹簧的伸长量x（x＝L－L0）和弹簧受到的拉力F（F＝mg），并将数据填入表格．
实验次数 1 2 3 4 5 6 7
F/N 0
L/cm
x/cm 0
五、数据处理
1.以弹力F（大小等于所挂钩码所受的重力）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，如图所示．
六、误差分析
1.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：在弹簧自然下垂的情况下，测弹簧的原长，已消除系统误差．
七、注意事项
1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，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直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧．
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．
课堂 深度探究
题型一　教材原型实验
　　（2025·汕头期中）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“弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验．
（1）实验中还需要的测量工具有___________________________．
[解析]　实验中还需要的测量工具有刻度尺．
刻度尺（或者毫米刻度尺）
（2）如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x.由图像可得结论：在弹簧的弹性限度内，
_____________________________________________________，
弹簧的劲度系数k＝__________N/m（计算结果保留2位有效数字，重力加速度g取10 m/s2）.
在误差允许范围内，弹簧的弹力与伸长量成正比
5.0
（3）如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，作出弹簧弹力F与弹簧长度L的FL图像，下列说法正确的有_______________．
A.a的原长比b的短
B．a的劲度系数比b的大
C．a的劲度系数比b的小
D．当两弹簧长度相同时，弹簧a的弹力比弹簧b的大
ABD
[解析]　图像与横轴的交点等于弹簧原长，则a的原长比b的短，A正确；图像的斜率等于劲度系数，则a的劲度系数比b的大，B正确，C错误；由图像可知，当两弹簧长度相同时，弹簧a的弹力比弹簧b的大，D正确．
　　实验小组做“探究弹簧弹力与形变量关系”实验时，所用的器材有：待测弹簧(能承受的最大拉力为5 N)、钩码(每个50 g，共5只)、铁架台(含铁夹)、米尺．
(1)弹簧上端与米尺零刻度对齐，弹簧的下端位置如图甲中放大图所示，米尺的最小分度是1 mm，则弹簧的原长是__________cm.
[解析]　米尺的最小分度是1 mm，需要估读到下一位，则弹簧的原长是5.00 cm.
5.00
(2)测得实验数据如表：
钩码个数 1 2 3 4 5
弹力F/N 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45
弹簧下端位置x/cm 6.70 10.50 14.30 18.10 22.00
请根据表中数据在图乙坐标系中作出F－x图像．
[解析]　作出F－x图像，如图所示．
见解析图
(3)F－x图线明显不过坐标原点，关于图线不过原点的原因，这是因为_______．
A.偶然误差
B．系统误差
C．弹簧有一定的自重
D．横坐标不是弹簧的形变量
[解析]　 F－x图线明显不过坐标原点，关于图线不过原点的主要原因是横坐标是弹簧的长度，而不是弹簧的形变量，次要原因是弹簧有一定的自重，故选CD.
CD
(4)由F－x图可求得弹簧的劲度系数是_______N/m(计算结果保留2位有效数字).
13
(5)该测量值与弹簧劲度系数的真实值相比_______(选填“偏大”“相等”或“偏小”).
[解析]　因为(3)中的原因分析都不会影响图线的斜率，则测量值等于弹簧劲度系数的真实值．
相等
题型二　教材实验创新
　　　(2025·佛山统考期末)小武在校运会400 m跑步项目中获得第一名，他计划用实验室的一根旧弹簧来测量校运会金牌的质量，重力加速度g取10 m/s2.
(1)除弹簧外，小武还准备了若干20 g钩码、铁架台、轻绳、刻度尺，如图甲所示．
(2)正确安装实验仪器后，逐次挂上钩码，测量每次稳定后弹簧的长度l，记录到表格中．
钩码数量n/个 1 2 3 4 5 6 7
长度l/cm 6.51 7.52 8.54 9.5 10.56 11.56 12.58
(3)上表中有一个数据读数不规范，它对应的钩码数量是_______个．根据表中数据在图乙上描点，绘制图线．根据图线判断，弹簧_______(选填“符合”或“不符合”)胡克定律．由图乙可知弹簧的原长l0＝______________________cm.
4
见解析图
符合
5.60(5.50～5.60均正确)
[解析]　因为用刻度尺测量长度是要估读到分度值的下一位，所以根据表中数据可知，钩码数量为4个时，所记录数据的数字无估读值，记录不规范．根据表格中数据，描点画图，注意应使更多的点在直线上，不在图线上的点分布在图线两侧，误差太大的点舍去，如图所示．
根据图像可知nmg＝k(l－l0)，因为胡克定律表达式为F＝kΔx，解得弹簧的劲度系数为k≈20 N/m，所以，弹簧符合胡克定律．当不挂钩码时，弹簧的长度即为弹簧的原长，根据图像可知，弹簧的原长为图线与l轴的交点，所以弹簧的原长l0＝5.60 cm.
(4)把校运会金牌挂在弹簧上，稳定后弹簧长度的示数如图丙所示，由上述数据计算得校运会金牌的质量为________________________g(结果保留3位有效数字).
[解析]　根据题图丙可知，此时弹簧的长度为l＝10.90 cm，由胡克定律Mg＝k(l－l0)，代入数据得，校运会金牌的质量M＝106 g.
106(106～108均正确)
(5)该实验中，小武忽略了弹簧自身所受重力的影响，与真实值相比，测量结果_______(选填“偏大”“偏小”或“相等”)
[解析]　纵轴为钩码的个数，横轴是弹簧的长度，根据胡克定律可知，图线的斜率不变．所以在该实验中，小武忽略了弹簧自身所受重力的影响，与真实值相比，测量结果没有影响．
相等
　　　小波同学利用图甲所示的实验装置测量弹簧的劲度系数．将轻质弹簧上端固定于铁架台上，使刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐．实验时用力传感器竖直向下拉弹簧，待弹簧静止后，记录力传感器的示数F和弹簧下端对应的刻度尺示数L，多次测量后作出F－L的关系图像，实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．
实验中两根不同的弹簧a和b的F-L图像如图乙所示，由图乙可知：b弹簧的原长为_______cm；a弹簧的劲度系数_________________(选填“大于”“小于”或“等于”)b弹簧的劲度系数；a弹簧的劲度系数k＝_______N/m(结果均保留2位有效数字).
[解析]　弹力为零时，弹簧处于原长，则b弹簧的原长为10 cm.
根据F＝k(l－l0)可知图线斜率等于劲度系数，由题图乙可知，a弹簧的劲度系数大于b弹簧的劲度系数．
10
大于
50
随堂 巩固落实
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”实验，已知重力加速度g取9.8 m/s2.
(1)关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，以下说法正确的有__________．
A．弹簧被拉伸时，拉力越大越好
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要使弹簧保持竖直状态
C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数
D．用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
BC
解析：弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，故A错误；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要使弹簧保持竖直状态，此时弹簧的弹力等于钩码所受的重力，故B正确；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数，故C正确；用刻度尺测得弹簧的长度不是伸长量，是原长和伸长量之和，故D错误．
(2)根据所挂钩码的质量和弹簧的伸长量作出m－x图像如图乙所示，则可知弹簧的劲度系数k＝__________N/m(计算结果保留2位有效数字).
49
2.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，第一组同学设计了如图甲所示的实验装置，在弹簧两端各系一轻细的绳套，利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上，另一端的绳套用来悬挂钩码．先测出不挂钩码时弹簧的长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L，再算出弹簧伸长的长度x，并将数据填在下面的表格中．
测量次序 1 2 3 4 5 6
弹簧弹力F/N 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
弹簧的总长度L/cm 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00 23.00
弹簧伸长的长度x/cm 0 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
(1)由表中数据，求得该弹簧的劲度系数为________N/m.
25
(2)第二小组同学在“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之间的关系图像如图乙所示，下列表述正确的是________．
A．a的原长比b的长
B．a的劲度系数比b的小
C．a的劲度系数比b的大
D．测得弹簧的弹力与弹簧的长度成正比
C
解析：F－L图像的横轴截距表示弹簧的原长，由题图乙可知，a的原长比b的短，故A错误；F－L图线的斜率表示劲度系数，由题图乙可知，a图线的斜率比b的大，则a的劲度系数比b的大，故B错误，C正确；由于F－L图线不过原点，所以测得的弹力与弹簧的长度不成正比，故D错误．
(3)第三小组同学将同一弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂完成实验．他们得到F－x图线用虚线表示(实线为第一组同学实验所得).下列图线最符合实际的是________(填选项字母).
解析：弹簧竖直悬挂时，弹簧在自身所受重力作用下伸长，即竖直悬挂时测得的弹簧的原长比水平放置在桌面上所测原长要长，图线与横轴相交，两种情况下弹簧的劲度系数相同，图线斜率一样，两图线平行．
C
3.在“探究弹簧的弹力与形变量的关系”实验中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其形变量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于表中：
形变量x/(×10－2 m) 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
弹力F/ N 1.50 2.93 4.55 5.98 7.50
(1)以x为横坐标、F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与形变量之间关系的图线．
解析：描点作图，如图．
答案：见解析图
(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_____________________(结果保留3位有效数字).
75.0 N/m(±2均正确)

展开更多......

收起↑