高中物理实验探究弹力和弹簧伸长的关系
2013新课标高中物理总复习实验2
(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮助这位同学按
操作的先后顺序，用字母排列出来________． 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
知 能 演 练
，F)对应的点，并用平滑的曲线连结起来
典 例 探 究
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 簧附近竖直固定一刻度尺
新课标 ·物理
要 点 归 纳
实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系
知 能 演 练
典 例 探 究
菜
单
新课标 ·物理
要 点 归 纳
一、实验目的 1．探究弹力和弹簧伸长的关系．
2．学会用图象处理物理量之间的关系．
二、实验原理
知 能 演 练
典 例 探 究
图2－4－1
菜 单
新课标 ·物理
1．如图2－4－1所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹
知 能 演 练
典 例 探 究
匀分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．
菜
单
新课标 ·物理
六、误差分析 1．本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的，因
要 点 归 纳
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，可以提高实验的准确度． 2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，测量时尽量 精确地测量弹簧的长度． 3．在F－x图象上描点、作图不准确．
此乙同学的数据更符合实验要求；(3)选择乙同学的数据作出图象，
可得k乙＝57～70(N/m)；(4)为了更好地测量劲度系数，应尽可能使 伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量的
高中物理 第三章 相互作用 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系(含解析)
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。
高中物理-实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系练习(含答案)
高中物理-实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系练习(含答案)真题精做1．（福建卷）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．（四川卷）某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图1所示,图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大图,示数l1=______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l2、l3、l4、l5。
已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2=______N（当地重力加速度g=9.8 m/s2）。
要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是_______________。
作出F–x曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。
模拟精做3．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧按如图所示连接起来进行探究。
（1）某次测量如图所示,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如表格所示。
用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为_______N/m,弹簧Ⅱ的劲度系数为_______N/m（重力加速度g=10 m/s2,结果均保留三位有效数字）。
2020人教版高中物理一轮复习 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系
实验二探究弹力和弹簧伸长的关系命题点一教材原型实验(2018·全国卷Ⅰ)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1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg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9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．【解析】本题考查游标卡尺的读数方法和胡克定律．此标尺为二十分度的标尺，精确度为0.05 mm，读数＝整毫米数(主)尺＋n×精确度，所以读数为37 mm＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm.当托盘中放入砝码稳定时，弹簧的伸长量Δx＝3.775 cm－1.950 cm＝1.825 cm.由平衡条件得F＝mg，由胡克定律得F＝k·Δx，联立得k≈53.7 N/m.【答案】 3.77553.71．(2019·安徽蚌埠模拟)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．(1)实验中还需要的测量工具有毫米刻度尺．(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 .由图可知：图线不通过原点的原因是弹簧有重力；弹簧的劲度系数k ＝4.9 N/m(计算结果保留两位有效数字，重力加速度g 取9.8 m/s 2)．(3)如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a 和b ，画出弹簧弹力F 与弹簧长度L 的F -L 图象，下列正确的是( B )A ．a 的原长比b 的长B ．a 的劲度系数比b 的大C ．a 的劲度系数比b 的小D ．弹力与弹簧长度成正比 解析：(1)实验需要测量弹簧伸长的长度，故需要毫米刻度尺．(2)图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比，则k ＝ΔF Δx≈4.9 N/m.由图可知，当F ＝0时，x 大于零，说明没有挂重物时，弹簧有伸长，这是由于弹簧自身的重力造成的，故图线不过原点的原因是弹簧有自重，实验中没有考虑(或忽略了)弹簧的自重．(3)在图象中横截距表示弹簧的原长，故b 的原长比a 的长，选项A 错误；在图象中斜率表示弹簧的劲度系数k ，故a 的劲度系数比b 的大，选项B 正确、C 错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，选项D 错误．实验数据处理的三种方法(1)图象法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点，以弹簧的弹力F 为纵轴，弹簧的伸长量x 为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线．(2)列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数．(3)函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系．命题点二实验拓展创新1．实验方式的创新(如图所示，弹簧水平放置)2．数据处理的创新(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响―→弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响．(2)图象的获得：由坐标纸作图得F-x图象―→由传感器和计算机输入数据直接得F-x图象．3．实验方案的创新(1)探究弹簧的劲度系数与长度的关系．(2)测量串联(或并联)弹簧的劲度系数．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L 、横截面积S 有关，理论与实践都表明k ＝Y S L ，其中Y 是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量．(1)在国际单位制中，杨氏模量Y 的单位应该是( )A ．NB ．mC ．N/mD ．Pa(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y 的值．首先利用测量工具a 测得橡皮筋的长度L ＝20.00 cm ，利用测量工具b 测得橡皮筋未受到拉力时的直径D ＝4.000 mm ，那么测量工具a 应该是________，测量工具b 应该是________．(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F 与伸长量x 的实验记录.请作出k ＝________N/m.(4)这种橡皮筋的Y 值等于________．【解析】 (1)在弹性限度内，弹力F 与伸长量x 成正比，F ＝kx ，由题意可知k ＝YS L ，则F ＝kx ＝Y S L ·x ，解得杨氏模量Y ＝FL xS ，各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是N/m 2＝Pa ，选项D 正确．(2)根据精确度判断可知a为毫米刻度尺，b为螺旋测微器．(3)根据表格数据，描点、连线，可得F-x图象如图所示．根据斜率的物理意义表示劲度系数k，可知k＝Fx≈3.1×102 N/m.(4)根据Y＝kLS求得，Y≈5×106 Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)图象见解析图 3.1×102(4)5×106 Pa已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为23L0和13L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下的实验猜想．甲同学认为：既然是同一根弹簧截成的两段，所以k1＝k2＝k3.乙同学认为：同一根弹簧截成的两段，越短的劲度系数越大，所以k1<k2<k3.丙同学认为：同一根弹簧截成的两段，越长的劲度系数越大，所以k1>k2>k3.(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．除铁架台外，实验还需要的器材有____________________________________________．(2)请把下列实验步骤按顺序进行排列________．①重复上面的实验步骤求出弹簧C的劲度系数k3的平均值；②在弹簧B的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n)，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；③比较k1、k2、k3得出结论；④由F＝mg计算弹簧的弹力；由x＝L1－L B计算出弹簧的伸长量，由k＝Fx计算弹簧的劲度系数；⑤将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度L B；⑥改变钩码的个数，重复上面两个实验步骤，并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值．(3)下表是在实验中所得到的实验数据：进行了描点，并且已经用光滑的曲线连在了一起，得到了如图所示的图线．请根据弹簧C的实验数据在给定的坐标中作出弹簧C的F-x 图象．(4)根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？___________________________________________________________ __________________________________________________________.【解析】(1)除铁架台外，实验还需要的器材有刻度尺、已知质量且质量相等的钩码．(2)先将弹簧B 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度L B ，然后在弹簧B 的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n )，并用刻度尺测量弹簧的长度L 1，由F ＝mg 计算出弹簧的弹力，由x ＝L 1－L B 计算出弹簧的伸长量，由k ＝F x 计算弹簧的劲度系数，改变钩码的个数，重复上面的实验步骤，并求出弹簧B 的劲度系数k 2的平均值．按同样的方法可求出弹簧C 的劲度系数k 3的平均值．再比较k 1、k 2、k 3得出结论．顺序为⑤②④⑥①③.(3)先在图上描点，再用直线连接，并使点尽量均匀地分布在直线两侧．(4)由图象可以求得A 、B 、C 三根弹簧的劲度系数分别为：k A ＝2003N/m 、k B ＝100 N/m 、k C ＝200 N/m ，A 、B 、C 三条弹簧的原长分别为：L 0、23L 0、13L 0，由此可得出结论：同一根弹簧上截下的几段，越短的段，劲度系数越大(或越长的段，劲度系数越小)．【答案】 (1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(2)⑤②④⑥①③ (3)如图所示(4)同一根弹簧上截下的几段，越短的段，劲度系数越大(1)在实验题中一定要清楚实验的目的，从实验的目的出发分析实验原理和方法，如本实验是探究弹力和弹簧伸长量的关系而不是弹力和弹簧长度的关系.(2)处理高中物理图象问题，一般方法是找到纵轴物理量关于横轴物理量的表达式，一般是一次函数，根据斜率和截距求相关物理量.1．(2019·商丘模拟)(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时，得到如图甲所示的F-L图象，由图象可知：弹簧原长L0＝3.0 cm，求得弹簧的劲度系数k＝200 N/m.(2)按如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G＝1 N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为1.50 cm.由此可推测图乙中所挂钩码的个数为3个．解析：(1)由胡克定律F＝k(L－L0)，结合题图甲中数据得：L0＝3.0 cm，k＝200 N/m.(2)由题图乙知指针所示刻度为1.50 cm，由F＝k(L0－L)，可求得此时弹力为：F＝3 N，故所挂钩码的个数为3个．2．在探究弹簧的弹力和伸长量之间关系的实验中，所用装置如图1所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中.(1)以x 为横坐标、F 为纵坐标，在图2的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量之间的关系图线．答案：如图所示(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为75.0 N/m.(保留一位小数) 解析：(1)描点作直线，让尽可能多的点处在直线上，不在直线上的点尽量均匀分布的直线两侧．(2)根据图象，该直线为过原点的一条倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，则k ＝ΔF Δx＝75.0 N/m. 3．在探究弹力和弹簧伸长量的关系时，小明同学用如图甲所示的实验装置进行实验：将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上砝码盘；逐渐增加盘中砝码的质量并用刻度尺测出对应的弹簧长度．其次实验测得的数据如下：(1)小明同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x-m图象如图乙所示，根据图象他得出结论：弹簧弹力和弹簧伸长量不是正比例关系，而是一次函数关系，他的结论错误的原因是x-m图象的纵坐标不是弹簧伸长量．(2)作出的图线与坐标系纵轴有截距，其物理意义是未放砝码时弹簧的长度；该弹簧的劲度系数k＝25.1(24.6～25.6) N/m(g取9.8 m/s2，结果保留3位有效数字)．(3)请你判断该同学得到的劲度系数与考虑砝码盘的质量时相比，结果相同(填“偏大”“偏小”或“相同”)．解析：(1)本实验的目的是探究弹力和弹簧伸长量的关系，图乙中x不是弹簧伸长量，所以导致小明得出的结论错误．(2)图线与纵轴的交点表示没有加砝码时弹簧的长度．由题意可得mg＝k(x－0.06m)，可得x＝gk m＋0.06 m，由图乙可得斜率gk≈0.39 m/kg，g＝9.8 m/s2，代入可得劲度系数k≈25.1 N/m.(3)该同学得到的劲度系数与考虑砝码盘的质量比相比，x-m图象的斜率相同，所以得出的结果相同．4．某同学要探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上．然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上，当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度值记作l0，弹簧下端每增加一个50 g的砝码时，指针示数分别记作l1、l2…l5，g取9.8 m/s2.(1)下表记录的是该同学测出的5个值，其中l0未记录.数据，在如图所示坐标纸中作出n-l图线；答案：如图所示(2)根据n-l图线，可知弹簧的劲度系数k＝28 N/m；(保留两位有效数字)(3)根据n-l图线，可知弹簧的原长l0＝1.70(1.65～1.75均可) cm.解析：(1)根据表中数据采用描点法得出对应的图象如图所示；(2)充分利用测量数据，弹簧弹力与伸长量Δx之间的关系图象的斜率代表弹簧的劲度系数：k＝ΔFΔx≈28 N/m；(3)图象与横轴的交点的横坐标为弹簧的原长，故由图可知，原长约为1.70 cm.5．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竖直方向(选填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧静止时，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.数据如表：L3.度尺的最小分度为1_mm.(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L x的差值(选填“L0”或“L x”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为4.9 N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为10 g．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2) 解析：(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．(2)弹簧静止时，记录原长L 0；表中的数据L 3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L 3不规范，规范数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm 位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x 为0，所以x ＝L －L x .(4)由胡克定律F ＝k Δx 知，mg ＝k (L －L x )，即mg ＝kx ，所以图线斜率即为k g ＝Δm Δx ，则弹簧的劲度系数k ＝Δmg Δx＝(60－10)×10－3×9.8(39.30－29.35)×10－2 N/m ≈4.9 N/m.同理砝码盘质量m ＝k (L x －L 0)g＝4.9×(27.35－25.35)×10－29.8kg ＝0.01 kg ＝10 g. 6．(2019·宝鸡质检)某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数(遵循胡克定律且实验中弹力始终未超过弹性限度)，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为L 0的橡皮筋的上端固定在O 点，下端挂一重物．用与白纸平行的水平力(由拉力传感器显示其大小)作用于N 点，静止时记录下N 点的位置a ，请回答：(1)若拉力传感器显示的拉力大小为F ，用刻度尺测量橡皮筋ON 的长为L 及N 点与O 点的水平距离为x ，则橡皮筋的劲度系数为FL x (L －L 0)(用所测物理量表示)．(2)若换用另一个原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时N 点的位置b ，发现O 、a 、b 三点刚好在同一直线上，其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是BC.A ．第二次拉力传感器显示的拉力示数较大B ．两次拉力传感器显示的拉力示数相同C ．第二次所用的橡皮筋的劲度系数小D ．第二次所用的橡皮筋的劲度系数大解析：(1)设橡皮筋与竖直方向夹角为θ，重物重力为G ，结点N 在竖直拉力(重物重力G )、橡皮筋拉力T 和水平拉力F 作用下处于平衡状态，满足图示关系，则sin θ＝F T ，而sin θ＝x L ，T ＝k (L －L 0)，联立得k ＝FL x (L －L 0). (2)由受力图可知F ＝G tan θ，两次中G 、θ均相同，所以两次拉力传感器显示的拉力示数相同，A 错，B 对；同理，两次橡皮筋的拉力也相同，而橡皮筋的原长相同，第二次的伸长量大，由胡克定律知第二次所用的橡皮筋的劲度系数小，C 对，D 错．。
高中物理 实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系 胡克定律
【跟踪训练】
1.(母题追问)在【典例】中,F1=10 N、l1=10 cm;F2=30 N、l2=20 cm。该弹簧的 劲度系数为 ( )
A.100 N/m
B.200 N/m
C.300 N/m
D.400 N/m
【解析】选D。设弹簧的劲度系数为k,原长为l0。根据胡克定律有:F1=k(l0-l1) 、 F2=k(l2-l0),解得k=400 N/m,故选项D正确。
第三章 相互作用 第二节 弹力
第2课时 实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
胡克定律
一、实验目的 1.知道科学探究的过程,探究弹簧_弹__力__和弹簧形变量的关系。 2.会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 二、实验器材 铁架台(带横杆)、_毫__米__刻__度__尺__、重垂线、轻弹簧、钩码若干、坐标纸、 铅笔等。
误差分析
系统 误差
偶然 误差
产生原因 弹簧自身重力 钩码标值不准确 弹簧拉力大小不稳定 弹簧长度测量不准确
描点、作图不准确
减小方法
选轻质弹簧
用弹簧秤测量比较后选用
稳定后再读数
固定刻度尺,多次测量
坐标轴的标度尽量大些,尽量 多的点落在线上或均匀分布 于线的两侧
【思考·讨论】 测量弹簧长度时,刻度尺为什么要靠近弹簧? 提示:靠近弹簧,减小读数误差。
(3)斜率:劲度系数 k= F
x
提醒:应用胡克定律时,要注意弹簧是伸长还是压缩。
【问题探究】 图甲表示弹簧处于原长状态;图乙表示弹簧处于拉伸状态;图丙表示弹簧处于压 缩状态。
试结合上述情景,讨论下列问题: (1)在公式F=kx中,x表示的是什么意义? (2)图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1,则F等于多少? (3)图丙中在压力F′的作用下弹簧的长度为l2,则F′等于多少? 提示:(1)x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度。 (2)F=k (l1-l0)。 (3)F′=k(l0 -l2)。
《探究弹力和弹簧伸长的关系》教学设计
《探究弹力和弹簧伸长的关系》教学设计【课题分析】在学生学习了弹力后，明白弹力是一种最差不多的性质力，是摩擦力产生的前提和基础。
弹力同时也是物体受力分析中最重要的一种力。
弹力来源于形变：“弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消逝，弹力就随着消逝”(高一物理必修)。
但弹力与形变怎么说有何关系，人教版高中物理课本只给出了定性的关系，缘故是弹力与形变关系比较复杂。
为了降低难度，减小知识的跨过台阶，课程设置为探究性学习，且只研究弹力与弹簧伸长形变的定量关系。
本节课的教学内容新颖，形式比较生动，有讲解，有实验，有板演，有讨论，有归纳，有练习，能够上成一堂比较典型的探究性实验教学课。
我们改变课堂视角，在培养学生科学研究方法的教育中作了一些探究，让学生重走科学家的探究之路，品味科学家的探究精神。
【教学目标】1、加深弹力和形变关系的明白得，明白弹力产生的条件;2、通过实验得到弹力与弹簧伸长量的关系;3、学习本课题所用的科学方法;4、培养学生的探究精神和团队协作精神，激发学生的求知欲;5、提高学生分析、解决实际问题的能力，并体验成功的愉悦。
【教学重点】弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系。
【教学难点】实验数据的处理方法。
【教学方法】实验法、谈话法。
【课前预备】教师预备：(弹簧秤、钩码、直尺、铁架台)12套、CAI课件、多媒体展台。
学生预备：三角板、笔、草稿纸。
【教学地点】物理多媒体实验室。
【课时安排】1课时。
【教学过程】一、复习知识并引入课题师：[多媒体展现]1、什么是弹力?弹力的方向如何?举例说明。
2、弹力产生的条件是什么?3、什么叫形变及弹性形变?生：回忆并作答。
师：依照学生回答纠正总结，并用多媒体展现答案。
1、发生形变的物体，由于要复原原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹力。
例如：放在水平桌面上的书受到桌面对书的弹力，弹力的方向垂直桌面指向书;而桌面受到的弹力方向垂直桌面向下。
挂在电线下面的电灯，受到电线对电灯的弹力，弹力的方向沿着绳而指向绳收缩的方向。
物理：《实验：探究弹力和弹簧伸长的关系》课件(新人教版必修1)
知识精析
一、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17－1所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端， 在平衡时测出弹簧的总长并计算钩码的重力，填写在记录表 格里．
图17－1 1 F/N 2 3 4 5 6 7
L/cm
x/cm
3．改变所挂钩码的个数，重复上步的实验过程多次．
三、误差分析
1 ．误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数
误差、作图误差等．
2．减小误差的办法 (1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度， 要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录． (2)作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一 定要平行．因两个分力 F1 、 F2 间的夹角 θ 越大，用平行四边 形定则作出的合力 F的误差ΔF就越大，所以，实验中不要把
二、实验步骤的分析判断 例 2 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，实验 步骤如下： (1)在水平放置的木板上固定一张白纸，把橡皮条的一端 固定在木板上，另一端拴两根细绳套，通过细绳套同时用两 个测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳套的结点到达某 一位置 O 点，在白纸上记下 O 点和两个测力计的示数 F1 和 F2． (2)在白纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作 图求出合力F． (3)只用一只测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与 两个测力计拉时相同，记下此时测力计的示数 F′和细绳套的 方向． 以上三个步骤中均有错误或疏漏，请指出错在哪里？
(3)解释函数表达式中常数的物理意义． 分析 根据已有数据选好坐标轴每格所代表的物理量的 多少，是作好图象的关键．作图象的方法是：用平滑的曲线 (或直线)将坐标纸上的各点连接起来．若是直线，应使各点 均匀分布于直线两侧，偏离直线太大的点应舍去．
高中物理必修1胡克定律实验专题
第4讲实验二探究弹力和弹簧伸长的关系1．(多选)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是()．A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量（D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等2．在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，如图2-4-5所示．根据图象回答以下问题．图2-4-5(1)弹簧的原长为________．(2)弹簧的劲度系数为________．(3)分析图象，总结出弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为________．3．用如图2-4-6甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测￥弹簧一端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应刻度如图乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50 g，重力加速度g＝m/s2，则被测弹簧的劲度系数为________N/m，挂三个钩码时弹簧的形变量为________cm.图2-4-64．某同学利用如图2-4-7(a)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(b)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(c)所示时，该弹簧的长度x＝________ cm.]图2-4-75．某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．实验时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0＝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的长度x，数据记录如下表所示.钩码个数12345】弹力F/N弹簧的长度x/cm#(1)图2-4-8(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_________________________________________.第4讲实验四验证牛顿运动定律1．(单选)某研究性学习小组用如图3-4-8所示的装置探究牛顿第二定律．该小组在实验中确定的研究对象是小车，而且认为细线对小车的拉力等于砂桶和砂的总重力，也是小车所受的合外力．则对该实验，以下说法中不正确的是________．图3-4-8A．在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直到小车在砂桶和砂的拉动下带动纸带做匀速直线运动，以平衡小车运动中受到的摩擦力B．实验中必须使砂桶和砂的总质量远小于小车的质量C．细线对小车的真实拉力一定略小于砂桶和砂的总重力D．该实验是应用“控制变量法”来探究牛顿第二定律的。
2014-2015学年高中物理 第三章 相互作用实验 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版必修1
【标准解答】(1)中还应该测出弹簧的原长L0,此时应在不挂钩
码的情况下,让弹簧保持自然下垂状态,用刻度尺测出从悬点到
弹簧下端的长度即为L0;(3)中建立坐标系时应该以弹簧的形变
量为横坐标,因为探究的是弹力和弹簧伸长量的关系;(5)中应
分析弹力和弹簧伸长量的关系。 答案：见标准解答
类型2
实验数据处理
个数 记录 F/N l/cm x/cm 0 1 0 2 3 4 5 6 7
二、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
【典题2】(2014·烟台高一检测)一位同学做“探究弹力大小 与弹簧伸长量之间的关系”所测的几组数据见下表,请你根据 表中数据做好分析。
弹力F/N 弹簧原来长度L0/cm 弹簧后来长度L/cm 0.5 15 16.0 1.0 15 17.1 1.5 15 17.9 2.)在坐标系中作出以力F为纵坐标,以弹簧伸长量x为横坐标的 点,用一条平滑的线连接各点,如图所示。
(3)根据(2)中的F-x图线知,F与x是正比例函数,设表达式为
F=kx,
将F=0.5N,
x=1.0cm代入得
k=0.5N/cm,
故函数表达式为F=0.5x。
(4)函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数。
实验：探究弹力和弹簧伸长的关系
实验目的和器材 1.探究弹簧弹力和 弹簧伸长的定量关 实验 系。 目的 2.学会用图像处理 实验数据的方法。
实验原理 1.弹簧弹力F的确定：弹簧下端悬挂钩码, 静止的钩码处于平衡状态,弹力大小与所 挂钩码的重力大小相等,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.图像法处理实验数据：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。
高中物理实验学案《探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系》(含答案)
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。
高中物理必修一第三章实验探究
第三章
相互作用
六、误差分析
1．由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较
大的测量误差．
2．由于弹簧自身的重力的影响造成误差． 3．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，这样在作图线时，图线与x轴有一截距．
栏目 导引
第三章
相互作用
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．
栏目 导引
第三章
相互作用
3．改变所挂钩码的质量，重复上步的实验过程多次. 1 F/N 2 3 4 5
L/cm
x/cm
栏目 导引
第三章
相互作用
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 ΔF 数也可据 F- 图线的斜率求解，k＝ . x Δx
栏目 导引
第三章
相互作用
表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．由表可 知所用刻度尺的最小分度为________． (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“Lx”)．
(4)由图可知弹簧的劲度系数为________ N/m；通过图和表
【答案】 (1)竖直 (3)Lx (4)4.9 10
(2)静止
L3
1 mm
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第三章
相互作用
知 能 优 化 演 练
栏目 导引
第三章
高中物理实验：探究弹簧形变与弹力的关系
9
实验原理 的创新 1．弹簧水平放置，消除弹簧自身重力对实验的影响． 2．改变弹簧的固定方式，研究弹簧弹力大小与压缩量大小的关系.
10
实验器材 的创新 将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，对弹簧施 加变化的作用力(拉力或推力)时，电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系 图象，分析图象得出结论.
4
4．实验步骤 (1)根据实验原理图，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，即弹簧的原长． (3)在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度 l，求出弹簧的伸长 x 和所 受的外力 F(等于所挂钩码的重力)．
11
实验过 程的创
新 1．利用固定在弹簧上的 7 个指针，探究弹簧的劲度系数 k 与弹簧长度的关系． 2．利用“化曲为直”的思想，将探究劲度系数 k 与弹簧圈数 n 的关系，转化 为探究1k与 n 的关系.
5
(4)改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在
表格中．
记录表：弹簧原长 l0＝________cm.
内容
次数
1
2
3
4
5
6
拉力 F/N
弹簧总长/cm
弹簧伸长/cm
6
二、规律方法总结 1．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)以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中 常数的物理意义．
高中物理实验探究弹力和弹簧伸长的关系实验报告及实验专题强化训练
高中物理实验探究弹力和弹簧伸长的关系实验报告及实验专题强化训练【实验报告】一、实验目的1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系（验证定律）。
2．学会利用图像研究两个物理量之间的关系的方法。
二、实验原理1．如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧的弹力与所挂钩码的重力。
2．用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x。
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，就可探究弹簧的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）、、铁架台、铅笔、重锤线、、三角板。
四、实验步骤1．如图所示，将铁架台放于桌面上固定好，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1mm）固定于铁架台上，并用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，即弹簧的原长。
3．在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1。
4．利用上面的方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4……并将所得的数据记录在表格中。
5．用x n=L n-L0计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量x，并根据当地的重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重力，这个重力就等于的大小，将所得的数据记录在表格中。
五、数据处理1．以弹力F为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，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，得到弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。
2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。
六、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的系统误差。
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的偶然误差，为了减小这种误差，画图要用铅笔作图，所描各点尽量放在一条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线的两侧。
沪科版高中物理必修一3.实验
(二)数据处理 1.列表分析
分析列表中弹簧的拉力F与对应弹簧的伸长量Δ x的关系,可以
先考虑F和Δ x的乘积关系,再考虑F和Δ x的比值关系,也可以考
虑F和Δ x2关系或F和
x
关系等.结论
F x
为常数,即F=kΔ
x.
2.图像分析 利用表格中对应的F和Δ x,作出F-Δ x图像,此图像为过原点的 直线(如图所示),即F和Δ x成正比例关系.
1.弹簧下端增减钩码时不要超过弹簧的弹性限度. 2.增减钩码测量长度时,需保证弹簧及钩码不上、下振动而处 于静止状态. 3.在数据处理、建立平面直角坐标系时,两坐标轴上单位长度 所代表的量值要适当,不可过大,也不可过小. 4.描点画线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应使各 点均匀分布在直线两侧.
1.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. 2.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位. 3.尽量选用轻质弹簧以减小自身重力的影响.
典例1 (2010·福建高考)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受 拉力的关系.实验时，将原长约200 mm 的橡皮筋上端固定， 在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每 增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码 后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡 皮筋伸长量.根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡 皮筋伸长量Δ l与拉力F关系的图像如图所示.从图像中可以得 出＿＿＿.(填选项前的字母)
(3)L7-L3 7.20(7.18～7.22)
(4) d1+d2 +d3 +d4
44
1.75 (5)28
一、选择题(本大题共5小题，每小题5分，共25分) 1.(2011·顺义区高一检测)同学们通过实验探究，得到了在 发生弹性形变时，弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系.下列说法 中能反映正确的探究结果的是( ) A．弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比 B．弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成反比 C．弹簧的弹力跟弹簧的伸长量的平方成正比 D．弹簧的弹力跟弹簧的伸长量无关 【解析】选A.在弹性限度内弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正 比.故A正确，B、C、D错误.
2020-2021学年高中人教版物理必修一课件：第三章 3.实验：探究弹力和弹簧伸长的关系
(4)根据图线求得该弹簧的劲度系数k=________N/m。 (保留2位有效数字) (5)若考虑弹簧自重对第一组数据的影响,弹簧劲度系 数k的实验值________(选填“大于”“小于”或“等 于”)真实值。
【解析】(1)表格中的数据小数点后面的位数应相同,所 以第5组弹簧总长的数据不规范,应为31.20。 (2)弹簧的弹力等于钩码的重力,即F=mg,所以弹力大 小依次为0.294,0.588,0.882,1.18,1.47。
(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________________________。
【解析】(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2=14.66 cm, Δl=l2-l1=6.93 cm。 (2)为防止弹簧超出弹性限度应逐渐增加钩码的重量, 故选A。 (3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,主要原因 是钩码重力超出弹簧的弹性限度。 答案: (1)6.93 (2)A (3)超出弹簧的弹性限度
2.本实验中,采用图象法处理数据,描点连线时应注意 什么问题? 提示:描点连线时,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。
3.本实验可以做何改进? 提示:(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中, 也可以不测量弹簧的自然长度,而以弹簧的总长作为自 变量,弹力为函数,作出弹力随弹簧长度变化的关系图 线。这样可避免因测弹簧的自然长度而带来的误差。
答案: (1)5 (2)0.294 0.588 0.882 1.18 1.47 (3)见解析 (4)8.9 (5)等于
类型3 实验创新设计 【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”的实验中,实验装置如图所示。所用的 每个钩码的重力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。
高中物理实验手册
大电学实验大力学实验大选修实验高中物理实验手册目录（一）力学试验 (2)1.1误差和有效数字 (2)1.2测量仪器 (3)1.3验证力的平行四边形定则 (4)1.4探究弹力和弹簧伸长的关系 (6)1.5研究平抛运动 (8)1.6验证动量守恒 (10)1.7用单摆测定重力加速度 (11)1.8基本仪器和基本方法 (12)1.9匀变速直线运动 (14)1.10验证牛顿第二定律 (15)1.11探究动能定理 (18)1.12验证机械能守恒 (19)（二）电学实验 (21)2.1电路和仪器的选择 (21)2.2电阻的测量方法 (24)2.3测定金属的电阻率 (27)2.4描绘小灯泡的伏安特性曲线 (28)2.5电流表改装成电压表 (29)2.6测定电源电动势和内阻 (32)2.7练习使用多用电表 (35)（三）光学实验 (37)3.1测定玻璃折射率 (37)3.2双缝干涉测光的波长 (39)（四）热学实验 (40)4、油膜法测量分子直径 (40)实验手册—高中物理（一）力学试验1.1误差和有效数字1.1.1误差测量值与真实值的差异叫做误差。
误差可分为系统误差和偶然误差两种。
⑴系统误差来源于仪器误差、理论误差、环境误差。
它的特点是在多次重复同一实验时，误差总是同样地偏大或偏小。
减小系统误差的方法是校准测量仪器，改进实验方法。
⑵偶然误差来源于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响。
它的特点是有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。
减小偶然误差的方法是多次测量取平均值。
这个平均值比某一次测得的数值更接近于真实值。
1.1.2有效数字带有一位不可靠数字的近似数字，叫做有效数字。
有效数字的最后一位是测量者估读出来的，因此这一位数字是不可靠的，也是误差所在位。
⑴有效数字是对近似数字而言。
⑵只能带有一位不可靠数字，不是位数越多越好。
⑶位数的确定。
①左边第一位不是零的数字起数到右边最末一位估读数字为止，包括末位的零都是有效数字。
改进“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验
改进“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验张洪明摘要：传统教学上的“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验所得到的弹力与弹簧伸长的关系图像不够准确, 得到的结论牵强附会.本文介绍利用力和位移传感器改进实验, 方便准确, 结论具有说服力.关键词：传感器;数据采集软件;弹簧;探究弹力和弹簧伸长的关系是人教版《高中物理·必修1》“弹力”的第二课时, 是学生学习弹力的产生、有无的判断和常见几种弹力方向之后的一个探究性实验.为胡克定律的学习打下了基础, 起到承上启下、理论与实践相结合的作用, 也是培养学生探究式学习能力的一个很好机会.1 传统的实验局限性如图1为传统实验, 它的局限性如下.图1(1) 受弹簧自身重力影响——弹簧在伸长时, 测量的伸长量与实际值有偏差.(2) 弹簧长度读数误差较大, 实验只能选取劲度系数较大的弹簧.(3) 钩码标值不准确, 实验精度低——钩码的放置时间, 直接影响重力的变化, 而我们处理弹力时按照钩码标值来处理.(4) 受弹簧劲度系数、弹性限度和钩码的单个质量影响, 采集数据不多——在弹簧的下端只能悬挂有限个钩码(往往4~5个) .(5) 增加钩码, 弹簧出现振动, 需要手动控制后, 才能进行实验.(6) 实验数据处理过程缓慢, 课堂反馈时间漫长——学生的好奇心未及时得到满足.2 改进措施2.1 实验器材计算机, 传感器数据采集器, 力传感器, 位移传感器(发射和接收) , 待测弹簧, 一端带滑轮的木板(或带自锁式手摇滑轮的木板) .2.2 操作步骤图2(1) 使力传感器、接收位移传感器固定在木板的两端(如图2) .(2) 将弹簧的一端连接位移传感器, 另一端连接发射位移传感器.通过细线连接发射位移传感器, 另一端通过定滑轮悬挂重物或自锁式手摇滑轮.两个位移传感器之间距离的减少量就是弹簧的伸长量.保证力传感器、位移传感器、弹簧在同一条直线上运动.(3) 利用旋转滑轮对弹簧施加力的作用, 打开传感器软件, 通过数据采集器将传感器数据显示在计算机上, 显示力F, 位移s示数, 将其初始状态力与位移传感器示数消零.若最大位移消零, 位移传感器的位移为负值, 建立函数X =-s, 式中X即可代表伸长量.(4) 点击软件中建立表格, 自然生成记录表格.(5) 转动滑轮, 点击记录数据, 表格记录对应数据.(6) 重复步骤(5) , 记录8~10组数据, 通过记录的数据, 点击软件中绘制图像, 即可得到F与X的图像, 通过图像即可得到弹力和弹簧伸长的关系.3 实验特点(1) 基本消除弹簧自身重力影响, 测出形变量与实际值接近.(2) 位移和力传感器测量数据较为准确, 数据误差小.(3) 实验中可以测量劲度系数较小的弹簧.(4) 记录数据的组数可以根据需要增加, 数据充分, 结论具有说服力.(5) 实验原理和操作简单, 也可以更换弹簧重新操作实验, 加深对弹簧劲度系数的理解.(6) 学生可以分组在传感器实验室进行操作, 记录、分析、处理快, 能够及时反馈实验结果, 体现科学的无穷魅力.4 改进点(1) 细线通过自开的限位槽连接发射位移传感器, 另一端通过带槽滑轮连接重物, 牵引发射位移传感器运动, 这样可以保证在测量中, 两个位移传感器、弹簧在同一条直线上, 位移传感器的距离减小量就是弹簧的伸长量,(2) 保证发射位移传感器运动中不晃动, 保持稳定性, 可在其上侧增加配重.(3) 发射位移传感器在细线的拉力、静摩擦力、弹簧的弹力作用下可在测量区域内处于静止状态.(4) 利用自锁式手摇滑轮来牵引发射位移传感器, 实验更加方便.在本节实际教学中可以适用以小组为单位, 先后操作传统与创新实验, 进行比较, 这样可以激发学生的学习兴趣, 提高学习、分析能力, 进而树立科学的探索精神.。
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实验2探究弹力和弹簧伸长的关系
实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．
2．学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法．
实验原理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．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．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，即寻求F=kx的关系．
实验器
材
弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸．
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的长度l
0，即原长．
2．如下图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并计算钩码的重力，填写在记录表格里．
3．改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．
4．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．
5．尝试写出曲线的函数式，并解释式中常数的物理意义．
原理简图
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尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀疏，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，以免增大误差．
(4)描点画线时，所画曲线不一定经过每一个点，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．
(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，
在探究弹力F与弹簧伸长x的关系时，得到几组数据，既可以由所测数据找出F 与x的对应关系，又可以作出F-x图象，从图象上看出F与x的关系．图象法很容易消除实验测量中的偶然误差．
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取s2）
(1)根据所测数据，在坐标纸上作弹簧指针所指的标尺刻度z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范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格弹簧的劲度系数为N/m
2.一个实验小组存“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用
两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所
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的大
C．a的劲度系数比b的小
D．测得的弹力与弹簧的长度成正比
3.某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数A．做法是先将待
测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将分度值是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。
当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L o；
弹簧下端挂一个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；
弹簧下端挂两个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；
……挂七个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L7．
(1)下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是
和_ ___．
测量记录表：
(2)实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图将这两个测量值填入记录表中．
(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了
三个差值：d1=L1-L0=,d2=L5-L1=,d3=L6-L2=请你给出第四个差值：d4= = cm
(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量△L, △L用d1、d2、d3、d4表示的式子为：△L =.代人数据解得△L =
cm.
(5)计算弹簧的劲度系数k= N/m.(g取m/s2)
４.下表是某同学为“探究弹力和弹簧伸长的关系”所测的几组数据，
(1)请你在坐标纸上作出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)若弹簧的原长为40 cm，并且以弹簧的总长为自变量，请你写出它的函数式，
５. 在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧．为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码（每个钩码的质量均为m=，取g=10 m/s2），并记录绳下端的坐标X
加i。
，然后逐个拿下钩码，
同样记录绳下端的坐标X
减i ，，绳下端坐标的平均值Xi=(X
加i
+X
减i
)/2的数据如下表：（下
标i表示挂在绳下端钩码个数）
(1)同一橡皮绳的X加i X减i（填“大于”或“小于”）；
(2) 同学的数据更符合实验要求（填“甲”或“乙”）；
(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；
(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？
６.用如图所示的装置可以测定弹簧的劲度系数，被测弹簧的一端固定于A点，另一端有细绳绕过定滑轮挂上钩码，旁边附有一竖直刻度尺，当挂两个钩码时绳上一定点P
对应的刻度尺示数如图中ab虚线所示，若再增加一个钩码定点P对应的刻度尺示数如图中cd虚线所示，已知每个钩码的质量均为50g，重力加速度g取N/kg，则被测弹簧的劲度系数为N/m.如果再挂两个钩码，则定点P对应的刻度尺的读数为
m.
No Pain
No Gain
没有付出，就没有收获.。