高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系导学案 旧人教版

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1、高考物理第一轮复习同步导学§2．7　实验2：探究弹力和弹簧伸长的关系【考点自清】　　【实验目的】　　⑴探究弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．　　⑵学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据．　　【实验原理】　　⑴弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿弹簧的方向拉弹簧，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，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砝码的重力相等．如图所示．　　⑵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

2、量之间的定量关系了．　　【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、铅笔．　　【实验步骤】　　⑴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．　　⑵如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中． 　　　⑶改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，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．　　⑷以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧

3、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．　　⑸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．　　⑹得出弹力和弹簧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．　　【数据处理】　　⑴建立坐标系，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，标明横轴和纵轴所表示的物理量及单位；　　⑵标度：标度要适当，让所得到的图线布满整个坐标系；　　⑶描点：描点时要留下痕迹；　　⑷连线:让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点

4、舍弃；　　⑸根据图象做出结论：得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．　　【误差分析】　　⑴弹簧拉力大小的不稳定会造成误差，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度．　　⑵尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基本方法．　　⑶描点、作图不准确．　　【注意事项】　　⑴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．　　⑵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，这样作出的图线更精确．　　⑶测弹簧长度时，一定要在弹

5、簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差．　　⑷描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．　　⑸记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．【重点精析】　　数据处理是对原始实验记录的科学加工，通过数据处理，往往可以从一堆表面上难以察觉的、似乎毫无联系的数据中找出内在的规律．在中学物理中只要求掌握数据处理的最简单的方法．　　(1)列表法　　　　　　　在记录和处理数据时，常常将数据列成表格．数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系．　　(2)作图法　

6、　　　　　　用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一．用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果.由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律．　　(3)平均值法　　　　　　　现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数．必须注意，求平均值时应按原来测量仪器的准确度决定保留的位数．　　【例1】某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．他先测出不挂钩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

7、度g取9.8m/s2)　　　　(1)根据所测数据，在图坐标纸上作出弹簧指针所指标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．　　(2)根据所测得数据和关系曲线可以判断，在　　　　　范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．这种规格的弹簧劲度系数为　　　　　　N/m．　　　　【解析】(1)根据表中数据描点，按照各点的分布与走向，作出一条平滑曲线，如图所示．　　(2)由关系曲线可以看出，砝码质量在0～500g范围内，图线近似为一条直线，即满足弹簧的拉力和形变量成正比(胡克定律)．　　　　　　　当不挂砝码时，弹簧的长度l0＝15×10－2m．当砝码质量m＝500g

8、时，l≈35×10－2m，　　由ΔF＝mg＝kΔx解得k＝mg/(l－l0)＝25N/m　　【答案】(1)见解析；(2)0～500g；2