3.6实验：探究弹簧弹力与形变量的关系（解析版）-2022-2023学年高一物理备课必备讲义（人教2019必修第一册 ）

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第三章 相互作用——力
3.6 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系
课标要求 素养要求
课
标
解
读
1.学会探究弹簧弹力与形变量之间的关系.
2.会利用列表法、图像法、函数法处理实验数
据.
3.能根据 F－x图像求出弹簧的劲度系数．
1．物理观念：通过实验验证胡克定
律。
2．科学思维：会用多种方法处理实
验数据。
3．科学态度与责任：探究弹簧弹簧
弹力和弹簧伸长量的关系。
一、实验原理
1．如图 1所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重
力大小相等 ．
图1
2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由伸长后的长度减去弹簧原来的长度进行计
算．这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了．
二、实验器材
铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸．
三、实验步骤
1．按实验原理图安装实验装置，记下弹簧自由下垂时下端所对应的刻度 l0.
2．在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力．
3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以 F表示弹力，l表示弹簧的总
长度，x＝l － l 0
表示弹簧的伸长量.
1234567
F/N 0
l/cm
x/cm 0
四、数据处理
1．建立如图 2所示的直角坐标系，以弹簧的弹力 F为纵轴、以弹簧伸长量 x为横轴，根据测
量数据在坐标纸上描点，作出 F－x图像．
图2
2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑
二次函数．
3．得出弹簧弹力和伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．
五、注意事项
1．尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响．
2．实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度．
3．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．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由
下垂状态，而不是平放在水平面上．
4．记录数据时要注意弹力与形变量的对应关系及单位．
5．描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太
大的点应舍去，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线．
探究点 01 实验原理及操作
【探究应用 1】（2022·全国·高一期末）做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”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，描出各组数据（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（也可在横梁的另一侧挂上一定的配重），并将弹簧的一端系于横
梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；
D．依次在弹簧下端挂上 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：________________。
【答案】CBDAEFG
【解析】[1]根据实验的实验操作过程应先安装仪器，再挂钩码然后记录数据，分析数据，最
后整理即可，排列先后顺序为CBDAEFG。
【迁移应用 1】（2021·浙江·平湖市当湖高级中学高一阶段练习）某同学用图 a的装置完成
“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，部分实验步骤如下：
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