《高一物理一体化导学案（人教版2019必修第一册）》实验01　探究弹簧弹力与形变量的关系（原卷版）

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实验 01　探究弹簧弹力与形变量的关系
【知识梳理】
一、实验目的
1.探究弹簧弹力与形变量的关系。
2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。
二、实验原理
1.如图所示，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。
2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉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。
三、实验器材
铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。
四、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
l
0。
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－l0
表示弹簧的伸长量。
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。
2.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系
数，这个常数也可据 F－x图线的斜率求解，即 k＝。
六、误差分析
1
.
钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。
2
.
悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(
F=kx
),故图像发生弯曲。
3
.
水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。
【方法突破】
一、原型实验原理及操作
■方法归纳
1．操作注意事项
（1）刻度尺应靠近弹簧且竖直固定，刻度尺的 0 刻度线与弹簧上端对齐。
（2）测弹簧原长时，应将弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量。
（3）每次悬挂钩码后待钩码稳定时再读取弹簧的长度。
（4）注意所挂钩码总重与读出弹簧长度的对应。
（5）控制所挂钩码的总重，不能使弹簧拉伸超出其弹性限度。
2.数据处理
（1）用图像法处理实验数据时，因所选取的坐标轴不同，图线特点也不同。如作 Fx 图像，图线为一条过
原点的直线，如作 Fl(l为弹簧长度)图线，图线为一条与 l轴有交点的倾斜直线。
（2）描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使不在直线上的点均匀分布在直
线两侧。
【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伸长
量的关系。
（1）为完成实验，除了图中提供的实验器材，你还需要的实验器材有：_______、_______。
（2）实验中，除测量钩码的重力外，你还需要测量的物理量有：_________、________。
（3）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，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．以弹簧的伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，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。
请你将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：___________。
（4）若实验开始时你将图中的指针从 P位置往下挪到 Q处，其余实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”）。
【针对训练 1】某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。
（1）在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_______状态。
（2）他通过实验得到如图乙所示的弹力大小 F与弹簧长度 x的关系图像。由此图像可得该弹簧的原长
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