3.1 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系—人教版(2019)高中物理必修第一册学案

实验：探究弹力和弹簧伸长的一、实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的关系。

2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。

3．验证胡克定律。

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。

3．求弹簧的劲度系数弹簧的弹力F 与其伸长量x 成正比，比例系数k ＝F x，即为弹簧的劲度系数；另外，在F ­x 图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。

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．按下图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度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 －l 0表示弹簧的伸长量。

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，写出弹力和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，k ＝ΔFΔx。

六、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点。

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．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确。

3．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。

实验：探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验目的1．探究弹力和弹簧伸长量的关系．2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律．二、实验原理1．如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．2．用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系．三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重锤线．四、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，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．如图所示，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，填入自己设计的表格中．3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.五、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．六、误差分析1．钩码标值不准确造成系统误差．2．弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差．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，要注意观察，适可而止．2．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些．3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差．4．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的两侧．5．记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位．6．坐标轴的标度要适中.考点一实验原理及操作[典例1]某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________ cm.(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________(填选项前的字母)．A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码的总重B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________．答案(1)6.93(6.92～6.94均正确)(2)A(3)超过弹簧的弹性限度考点二数据处理及误差分析[典例2]某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验，实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长L0＝4.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧长度x，数据记录如下表所示.(1)根据表中数据作出F－x图线；(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝________N/m.(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是_____________.答案(1)见图(2)50(3)未考虑弹簧自身重力的影响考点三实验改进拓展创新以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性等特点．1．实验器材的改进弹簧的弹力直接由力传感器测得，数据处理由计算机处理．2．实验的拓展延伸将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向上做实验，消除了弹簧自重的影响．[典例3]在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中，实验装置如图甲所示．右侧挂上钩码，相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度L.(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标纸中描点，如图乙所示．请作出F－L图线．(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________ cm，劲度系数k＝________ N/m.(3)试根据以上该同学的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_____________________；缺点在于：_____ ________________ _________.答案(1)见图(2)520(3)见图(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成的实验误差增大1．(多选)如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如图乙所示．则下列判断正确的是()A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C．该弹簧的劲度系数是200 N/mD．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变解析：选BCD.2．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm.(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数L A和L B如表．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m(重力加速度g＝10 m/s2)．由表数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数．答案：(1)16.00(有效数字位数正确，15.96～16.05均可) (2)12.45(12.20～12.80均可)解析：(1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一位，故指针的示数为16.00 cm.(2)当A弹簧的弹力为F A1＝0.50 N、F A2＝1.00 N、F A3＝1.50 N、F A4＝2.00 N时，弹簧长度L A1＝15.71 cm、L A2＝19.71 cm、L A3＝23.66 cm、L A4＝27.76 cm，根据ΔF＝kΔx得k1＝12.50 N/m、k2＝12.66N/m、k3＝12.20 N/m，所以弹簧Ⅰ的劲度系数k＝k1＋k2＋k33＝12.45 N/m.根据表可以计算出弹簧Ⅱ每次的伸长量Δx′，也可以根据ΔF＝k′Δx′计算弹簧Ⅱ的劲度系数(劲度系数的计算也可以通过作F-x 图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)．实验：探究弹力和弹簧伸长的关系—课后作业1．为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图上标出(g取9.8 m/s2)(1)作出m－l的关系图线；(2)弹簧的劲度系数为________ N/m.答案：(1)如图所示(2)0.258(0.248～0.262)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)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F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________ N/m.图线不过原点是由于_________________________．(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：_____ ___.答案：(1)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弹簧自重(4)CBDAEFG3．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：．(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“L x”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________ N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________ g(保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)．答案：(1)竖直(2)静止L3 1 mm(3)L x (4)4.9104．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(填“水平”或“竖直”)．(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的关系图线．由此图线可得该弹簧的原长x0＝________cm，劲度系数k＝________ N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x＝________ cm.答案：(1)竖直(2)4.0050(3)10解析：(1)刻度尺应保持竖直状态以保障与弹簧轴线平行．(2)图线在横轴上的截距等于弹簧的原长x0＝4.00 cm，图线斜率等于弹簧的劲度系数k＝50 N/m.(3)把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数为3.0 N时，弹簧伸长量Δx＝6 cm.此时弹簧的长度x＝x0＋Δx＝10 cm.5．为了探究弹力F 和弹簧伸长x 的关系，某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示图象．(1)从图象上看，该同学没能完全按照实验要求做，从而使图象上端成为曲线，图象上端成为曲线是因为________________．(2)甲、乙弹簧的劲度系数分别为________ N/m 和________ N/m(保留三位有效数字)；若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(填“甲”或“乙”)．(3)从上述数据和图线中分析，请对这个研究课题提出一个有价值的建议． 建议：_______________________.答案：(1)弹簧形变量超过其弹性限度 (2)66.7 200 甲(3)建议：实验中钩码不能挂太多，以保证弹簧在弹性限度内．解析：(1)在弹性限度内弹簧的弹力与形变量成正比，超过弹簧的弹性限度，则此规律不成立，所以所给的图象上端为曲线，是因为弹簧形变量超过其弹性限度．(2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为 k 甲＝ΔF 甲Δx 甲＝46×10－2N/m ≈66.7 N/m k 乙＝ΔF 乙Δx 乙＝84×10－2N/m ＝200 N/m要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选用在一定的外力作用时，弹簧的形变量大的弹簧，故选甲弹簧．(3)建议：实验中钩码不能挂太多，以保证弹簧在弹性限度内．。

实验二探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系1.实验原理(1)如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。

(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与伸长量间的关系。

2.实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线。

3.实验步骤(1)将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧在自然伸长状态时的长度l0,即原长。

(2)如图所示,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,填入自己设计的表格中。

(3)改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。

4.数据分析(1)列表法将得到的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的比值在误差允许的范围内是相等的。

(2)图象法以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,在坐标轴上描出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。

(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。

5.注意事项(1)不要超过弹簧的弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。

(2)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。

(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。

(4)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。

【典例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。

实验：探究弹力和弹簧伸长的关系目标体系构建明确目标·梳理脉络【学习目标】 1.进一步练习使用弹簧测力计。

2．制定科学探究方案，会使用弹簧测力计获取数据。

3．能根据数据探究出弹簧弹力与形变量的定量关系。

【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知1．实验原理(1)弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关。

沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。

用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。

(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算。

(3)建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系。

2．实验器材轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。

3．实验步骤(1)按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。

(2)在弹簧下悬挂一个钩码，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。

1 2 3 4 5 6 7 F / N 0 l / cm x / cm4．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。

(2)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，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，k ＝ΔFΔx。

5．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)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线更精确。

3.1 重力与弹力（第1课时）〖详细教材分析〗本节内容通过接触力和非接触力来对重力和弹力的划分来引入弹力的知识。

通过放大法让学生观察到有机玻璃和桌面的的微小形变。

拓宽学生的认识,在课中加入许多的动态图更加激发学习兴趣。

本节的概念比较多,实验也多,所以整体的内容比较多,需要精细化安排。

学生对弹力有一定的认识的,但是不知道拉力、压力和支持力与弹力之间的内在联系,也不清楚弹力的产生原因,无法理解弹力的方向是与物体形变方向相反的专业术语。

因此这节课要利用动图增加课题趣味的同时,让学生更加容易的理解好弹力的大小方向,产生条件等知识。

〖教学目标与核心素养〗物理观念:理解弹力产生的原因和条件;知道胡克律。

科学思维:通过体验微小形变的存在,培养学用“放大”的实验方法观察微小形变的实验思想。

科学探究:通过实验探究,解物体的形变,从而认识弹力产生的条件。

科学态度与责任:养成用科学的质疑的态度去学习知识的习惯,善于在学习的过程中提出问题。

〖教学重点与难点〗重点:1、弹力有无的判断和弹力方向的判断。

2、弹力大小的计算。

3、实验设计与操作。

难点:弹力有无的判断和弹力方向的判断〖教学方法〗教师启发引导与实验探究相结合,并辅以问题法、演示法、归纳法、假设法等多种教学方法。

〖教学准备〗弹簧、多媒体课件。

〖教学过程〗一、新课引入课件展示推、拉、提、举的生活场景。

日常生活中的很多相互作用无论是对物体推、拉、提、举。

它们都是在物体接触时产生的力。

还有就是列车的牵引,锻打工件、击球、弯弓射箭等,它们都是在物体接触时产生的力。

通过多媒体课件动图展示:列车的牵引,锻打工件、击球、弯弓射箭。

接触力:物体与物体接触时发生的力。

教学设计说明:从自身实际出发,懂得相互联系,延伸到物体上,创设问题情境,激发探究动机,引导学生发现问题。

借机进行感恩教育。

结合前面学习的重力,发现重力是不需要和地球接触的,还有磁力也是,也就是说力可以分为接触力和非接触力。

实验3：探究弹力与弹簧伸长量的关系【例1】以下是某同学所进行的“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞的实验步骤:①将一个弹簧的上端固定在铁架台上,竖直悬挂起来,在弹簧下挂一个钩码,记下钩码的质量m1,此时弹簧平衡时,弹力大小为F1=m1g,并用刻度尺测量出此时弹簧的长度L1,并记录到表格中.②再增加钩码,重复上述的操作,逐渐增加钩码的重力,得到多组数据.③以力F为纵坐标,以弹簧的长度L x为横坐标,根据所测的数据在坐标纸上描点.④按坐标纸上所描各点的分布与走向,作出一条平滑的曲线(包括直线).⑤根据图线的特点,分析弹簧的弹力F与弹簧长度L x的关系,并得出实验结论.以上步骤有3处不合理,请将不合理的地方找出来并进行修正.答案以上步骤中第①、②、③①步还应该测出弹簧的原长L0;第②步在增加砝码时要取下砝码,看弹簧是否能恢复原长;第③步,应该以弹簧的形变量为横坐标,因为探究的是弹力和弹簧伸长量的关系.【例2】某同学用如图实所示装置做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重力加速度g=9.8 m/s2砝码质量m/102 g标尺刻度x/10-2 m(1)根据所测数据,在图上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线.(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在N/m.答案 (1)(2)0～490 g 25【例3】下表是某同学为探究弹簧弹力和伸长量的关系所测的几组数据.弹力F/N伸长量x/cm(1)请你在以下列图实的坐标纸上作出F-x图线.(2)写出曲线所代表的函数式.(3)解释函数表达式中常量的物理意义.(4)假设弹簧的原长为40 cm,并且以弹簧的总长为自变量,请你写出它的函数式.答案 (1)如以下列图所示(2)F=20x+0.04 (3)劲度系数 (4)F=20L x【例4】用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现:金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这一发现为后人对材料的研究奠定了重要根底.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4 m,横截面积为0.8 cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1 000,问最大拉力多大?由于这一拉力很大,杆又较长,直接测试有困难,选用同种材料制成样品进行测试,通过测试取得数据如下:(1)测得结果说明线材受拉力作用后,其伸长与材料的长度成,与材料的截面积成.(2)上述金属细杆承受的最大拉力为N.答案 (1)正比反比 (2)104【例5】某同学为了研究弹簧的弹性势能E p跟弹簧的形变量x之间的关系,设计了这样一个实验:在固定于地面的光滑的桌面上靠近桌边处,将弹簧的一端固定,用一只小球压缩弹簧,然后释放小球弹出,小球弹出后刚好离开桌面做平抛运动,测出弹簧的压缩量x,求出小球被弹出时的速度,算出对应的动能E k(认为等于弹簧的弹性势能),从而研究E p和x间的函数关系.该实验中除上述器材外还需的测量仪器有:,必须测量的物理量有.答案刻度尺、天平水平距离l、桌面的高度h、弹簧的形变量x、小球的质量m“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞实验中,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长l0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l,把l-l0作为弹簧的伸长量x.这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是以下列图中的哪一个( )答案 C“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞的实验中关于操作步骤的先后顺序,以下说法正确的选项是( )A.先测量原长,后竖直悬挂B.先竖直悬挂,后测量原长答案 BD3.“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞的实验中,选用的螺旋弹簧如以下列图甲所示.(1)将弹簧的上端O点固定悬吊在铁架台上,旁边置一刻度尺,刻度尺的零刻线跟O点对齐,在弹簧的下端A处做一标记(如固定一个指针).在弹簧下端的挂钩上挂上钩码(每个钩码的质量都是50 g A=N/m.(结果取两位有效数字);此弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长量∆x的关系是.(2)如果将指针固定在A点的下方P处,再作出x随F变化的图象,得出弹簧的劲度系数与k A相比,可能是( )AAA(3)如果将指针固定在A点的上方Q处,再作出x随F变化的图象,得出弹簧的劲度系数与k A相比,可能是( )AAA答案 (1)42(±2) F弹=42∆x 〔2〕B (3)A50 g,重力加速度g=9.8 m/s2.那么被测弹簧的劲度系数为N/m.答案 70“探究弹力和弹簧伸长量的关系〞的实验中,组成了如图实所示的装置,所用的每个钩码的质量都是30 g.他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在了下面的表中.(弹簧认为是轻弹簧,弹力始终未超出弹性限度,取g=10 m/s2)砝码质量〔g〕0 30 60 90 120 150 弹簧总长〔cm〕弹力大小〔N〕(1)试根据这些实验数据在以下列图实给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小跟弹簧总长之间的函数关系的图线.(2)该图线跟横轴的交点表示的物理意义是.(3)该弹簧的劲度系数k是.答案 (1)(2)弹簧的原长 (3)25.9 N/m6.〔·模拟〕用纳米技术处理过的材料叫纳米材料,其性质与处理前相比会发生很多变化.如机械性能会成倍地增加,对光的反射能力会变得很低,熔点会大大地降低,甚至有特殊的磁性质.现有一纳米合金丝,欲测出其伸长量x与所受到的拉力F、长度L、截面直径D的关系.(1)测量上述物理量需要的主要器材是:、、等.(2)假设实验中测量的数据如下表,根据这些数据请写出x与F、L、D间的关系式:x=.(假设用到比例系数,可用k表示)长度(3)在研究并得到上述关系的过程中,主要运用的科学研究方法是(只需写出一种).(4)假设有一根合金丝的长度为20 cm,截面直径为0.200 mm,使用中要求其伸长量不能超过原长的百分之一,那么这根合金丝能承受的最大拉力为N.kFL答案 (1)弹簧测力计刻度尺螺旋测微器 (2)x=D。

第二节探究弹力与弹簧伸长的关系1．实验目的(1)探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系。

(2)学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。

2．实验原理弹簧上的弹力与使它发生形变的外力在数值上是相等的，用悬挂法测量弹簧的弹力时，当弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等；弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得，这样就可以定量研究弹力与弹簧伸长之间的关系了。

3．实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。

4．实验步骤（1）将弹簧的一端挂在铁架台上，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）如图所示，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，测出对应的弹簧长度，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.1234567F/N0l/cm5．数据处理(1)用公式x＝L－L0计算出弹簧各次的伸长量，填入上表。

(2)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。

(3)以弹簧伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数。

首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。

(4)得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，研究并解释函数表达式中常数的物理意义。

6．误差分析(1)系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。

（2）偶然误差①弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。

②作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。

7．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。

人教版物理必修1第二章实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验探究题。

1. 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．（1）图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；（2）本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________．（填选项前的字母）A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重（3）图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________．2.某同学用如图所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，分别记录指针所指刻度尺的刻度，所得数据列表如下：（1）当在弹簧下端挂上3个钩码时，指针所示位置如图所示，请将上表补充完整．（2）已知实验所用单个钩码质量为100g，当地重力加速度为9.8m/s2，则该弹簧的劲度系数为________N/m．（结果保留3位有效数字）3. 如图（a），一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图（a）中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为________cm．当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m（保留3位有效数字）．4. 某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如图下实验：①如图1所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一端固定在O点，另一端A系一小段轻绳（带绳结）；将制图板竖直固定在铁架台上．②将质量为m=100g的钩码挂在绳结上，静止时描下橡皮筋下端点的位置A0；用水平力拉A点，使A点在新的位置静止，描下此时橡皮筋下端点的位置A1；逐步增大水平力，重复5次……③取下制图板，量出A1、A2、……各点到O的距离l1、l2、……；量出各次橡皮筋与OA0之间的夹角α1、α2……−l的图像如图2．④在坐标纸上做出1cosα完成下列填空：（1）已知重力加速度为g，当橡皮筋与OA0间的夹角为α时，橡皮筋所受的拉力大小为________（用g、m、α表示）．（2）取g=10m/s2，由图可得橡皮筋的劲度系数k=________N/m，橡皮筋的原长l0=________m．5. 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接，向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．（1）试验中涉及到下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推动物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________（填入代表步骤的标号）．（2）图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz，由M纸带所给的数据，可求出该纸带对应的试验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s．比较两纸带可知，________（填“M”或“L”）纸带对应的试验中弹簧被压缩后的弹性势能大．6. 某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连，弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如下图所示．向左推小球，使弹黄压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．回答下列问题：（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E p与小球抛出时的动能E k相等．已知重力加速度大小为g．为求得E k，至少需要测量下列物理量中的（）A.小球的质量mB.小球抛出点到落地点的水平距离sC.桌面到地面的高度ℎD.弹簧的压缩量ΔxE.弹簧原长l0（2）用所选取的测量量和已知量表示E k，得E k=________．（3）下图中的直线是实验测量得到的s−Δx图线．从理论上可推出，如果ℎ不变，m增加，s−Δx图线的斜率会________（填“增大”、“减小”或“不变”）；如果m不变，ℎ增加，s−Δx图线的斜率会________（填“增大”、“减小”或“不变”）．由图中给出的直线关系和E k的表达式可知，E p与Δx的________次方成正比．7. 用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能．将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器（图中未画出）与两个光电门相连．先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x．（1）计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________．（2）为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________．A.弹簧原长B.当地重力加速度C.滑块（含遮光片）的质量（3）增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将________．A.增大B.减小C.不变参考答案与试题解析人教版物理必修1第二章实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验探究题。

知识创新型实验。

例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。

其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。

【实验目的】1．探索弹力与弹簧伸长的定量关系2．学习通过对实验数据的数学分析（列表法和图像法），探究弹簧产生的弹力与弹簧伸长之间的变化规律【实验原理】通常用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等．这样弹力的大小可以通过测定外力而得出；弹簧的伸长量可用直尺测出．多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系．（弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等，弹簧的伸长越大；弹力也就越大。

）【实验器材】弹簧，相同质量的砝码若干，铁架台一个（用来悬挂弹簧），刻度尺。

【实验步骤】（1）将铁架台放在实验桌上，将弹簧悬挂在铁架台上。

弹簧竖直静止时，测出弹簧的原长l0，并填入实验记录中。

（2）依次在弹簧下挂上一个砝码、两个砝码、三个砝码……。

每次，在砝码处于静止状态时，测出弹簧的总长或伸长，并填入实验记录中。

（3）根据测得的数据，以力F为纵坐标，以弹簧的伸长量Δl为横坐标，根据表中所测数据在坐标纸上描点。

（4）作弹簧的F-Δl 图像。

按照坐标图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线）。

所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。

（5）以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数……（6）解释函数表达式中常数的物理意义。

【实验数据记录和处理】 弹簧原长l 0=_______________m弹簧F-Δl 实验图像：【实验结论】弹簧弹力大小跟弹簧伸长长度的函数表达式 。

可见，在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比（胡克定律）。

【问题与讨论】1．上述函数表达式中常数的物理意义2．如果以弹簧的总长为自变量，所写出的函数式应为 3．某同学在做实验时得到下列一组数据，他由数据计算出弹簧的劲度系数为m /N 781020.35.2l F k 2=⨯==-∆试分析他对数据处理的方法是否正确？为什么？4．根据测量数据画出F－x图象：F－x图象的斜率的物理意义为弹簧的劲度系数k.第一象限的图象表示拉伸弹簧时弹力与弹簧伸长量的关系；第三象限的图象表示压缩弹簧时弹力与弹簧压缩量的关系．5．得出实验结论：在弹性限度内，弹簧的弹力F和弹簧的形变量x成正比，即F＝kx，这就是胡克定律．其中x为弹簧伸长或缩短的长度(弹簧的形变量)；k为弹簧的劲度系数．注意事项：(1)给弹簧施加拉力不要太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．(2)测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量．【基础练习】某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。

探究弹力与弹簧伸长之间的关系1．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。

(1)某次测量如图乙所示，指针示数为______cm 。

(2)在弹性限度内，将50g 的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A ，B 的示数L A 和L B 如表。

用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为_____N/m(重力加速度g 取10m/s 2)。

由表中数据______(选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。

钩码数1 2 3 4 L A /cm 15.71 19.71 23.66 27.76 L B /cm29.9635.7641.5147.362．某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的试验，他先把弹簧放在水平桌面上使其自然伸展，用直尺测出其长度L 0，再把弹簧竖直悬挂起来，刻度尺的零刻度线跟弹簧上端对齐，在弹簧的下部A 处固定一个指针．如图所示．挂上钩码，平衡后测出其长度L ，令x ＝L －L 0.变更钩码个数，进行多次测量．(1)用F 表示弹簧下端受到的钩码的拉力，则如图所示的Fx 图线，你认为符合实际状况的是__________.A ．B ．C ．D ．(2)假如将指针固定在A 点的下方P 处，在正确测出弹簧原长的状况下，再作出x 随F 变更的图象，此时弹簧劲度系数的测量值____实际值(填“大于”“小于”或“等于”)．3．某试验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的试验中，得到弹力与弹簧长度关系的图象如图所示，则： （1）弹簧的原长为______cm 。

（2）弹簧的劲度系数为____N/cm ．（3）若弹簧的长度为2l 2—l 1时仍在弹簧的弹性范围内，此时弹簧的弹力为_____N ．4．某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好试验装置，让刻度尺刻度线与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，表止时弹簧长度为1l ，如图甲所示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺（最小是1毫米）上位置的放大图，示数1l =__________ cm ．在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是2l 、3l、4l 、5l ．已知每个钩码质量是50g ，挂2个钩码时，弹簧弹力2=F __________ N ．要得到弹簧伸长量x ，还须要测量的是__________．作出F x -曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系．（当地重力加速度29.8m/s g=）5．在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时，小明同学用如图所示的试验装置进行试验将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上砝码盘通过变更盘中砝码的质量，测得试验数据如下：1 2 3 4 5 6 钩码质量m/g30 60 90 120 150 刻度尺读数x/cm 6.007.148.349.4810.6411.79(2)若小明采纳描点法依据表中数据作出了x-m 的图线，发觉图线与坐标系纵轴有一截距，其物理意义是________________________________________。

实验：探究弹力和弹簧伸长的关系1.实验原理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.2.实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸.3.实验步骤(1)安装实验仪器(如图1所示).图1(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，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同.(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.4.数据处理(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)图象法以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，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.(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系.5.注意事项(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度.(2)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.(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点.(4)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.6.误差分析(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.。

实验三：探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．2．学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据的科学方法．二、实验原理1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．2．用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．3．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、实验步骤一、仪器的安装1. 如图2－5－1所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直．2．记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0.L1对应的刻度L2、L3、L4、…，并将所得数据记录在表格中三、数据处理及分析5．用xn＝Ln－L0计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格．6．根据所测数据在坐标纸上描点，以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标．7．按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)．所画的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．8．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，如果不行则考虑二次函数……9．解释函数表达式中常数的物理意义．四、注意事项1．实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度．2．要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．3．本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点．4．如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长为横坐标，得到的不是正比例函数，关系较为复杂，因此最好用弹簧的伸长为横坐标．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．五、误差分析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．。