【公開課】重力與彈力之實驗：探究彈簧彈力與形變量的關系高一上學期物理人教版（2019）必修第一冊

日常生活中，彈簧隨處可

見，小到圓珠筆中的彈簧，

大到汽車的減震彈簧。你還能舉出其他實例嗎？彈力的大小與哪些因素有關？生活經驗：拉力器要拉開的距離越長，所需要的拉力越大。思考：彈簧的彈力與彈簧的形變有什么關系？【創(chuàng)設情景，提出問題】要探究彈力F和形變量x之間的關系，需要哪些

實驗器材？測量哪些物理量？如何測量？（1）如何測量F？根據二力平衡，彈簧豎直懸掛鉤碼，或用鉤碼豎直向下壓縮彈簧，平衡時，鉤碼重力大小等于彈力大小；【創(chuàng)設情景，提出問題】用刻度尺測出彈簧的原長和被拉伸（或壓縮）后的長度，

形變后的長度－未形變時的原長＝彈簧的形變量。（2）如何測得形變量x？要探究彈力F和形變量x之間的關系，需要哪些

實驗器材？測量哪些物理量？如何測量？【創(chuàng)設情景，提出問題】圖像法：建立F-x坐標系，描點畫出圖像。（3）如何直觀得到F與x的關系？要探究彈力F和形變量x之間的關系，需要哪些

實驗器材？測量哪些物理量？如何測量？【制訂方案，設計實驗】方案一：拉伸彈簧將彈簧掛在支架上，測量彈簧的原長l0；在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時測出彈

簧的長度l，求出彈簧的伸長量（x＝l－l0）

和彈力F（等于所掛鉤碼的重力）；改變所掛鉤碼的數量，重復上述實驗，要盡

量多測幾組數據，將所測數據填寫在表格中。將彈簧放在豎直放置的玻璃試管的底部，記錄

彈簧的原長l0，即標線1的位置；將合適尺寸的鉤碼放進玻璃管，待鉤碼靜止時

再測出彈簧的長度l，即標線2的位置。求出彈

簧的壓縮量（x＝l0－l）和彈力F（等于所支撐

的鉤碼的重力）；改變鉤碼的數量，重復上述實驗，要盡量多測幾組數據，將所測數據填寫在表格中?！局朴喎桨?，設計實驗】方案二：壓縮彈簧注意事項：本實驗要求定量測量，因此要盡可能減小實驗誤差。

刻度尺要________________以減小讀數帶來的誤差，

每次改變懸掛鉤碼個數后，要待系統(tǒng)_____后再讀數。實驗中所提供的刻度尺分度值為1mm，

應再_____一位。豎直且緊靠彈簧穩(wěn)定估讀注意事項：彈簧組盒中說明書已說明每個彈簧的彈性限度，注意

實驗時_______________________。坐標紙上制定標度要讓點________________________。線性擬合：若圖像為直線，要讓盡量多的點

分布在直線上，不在線上的點均勻分布在直

線的_____，特別遠的點_____。不要超過它的彈性限度盡量分布到整個坐標紙上兩側舍去根據實驗步驟，某次測量采集的數據如下表（l0=8cm）【分組實驗，采集數據】

次數項目123456彈力F/N彈簧總長l1/cm彈簧伸長x/cm12345

61012

141618202468

10

12根據表格數據，作出F-x圖像。圖像法：以彈力F為縱坐標，以彈簧的形變量x為橫坐標，根據

所測數據在坐標紙上描點；按照圖中各點的分布與走向，作出一條直線，

所畫的點不一定正好都在這條直線上，但要

注意使直線兩側的點數大致相同；以伸長量為自變量，圖像代表的函數表達式_______________，表達式中常數的物理意義：_____________________________。

F=(0.5N/cm)x彈簧每伸長1cm，彈力增大0.5N2

46

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10126543210【分析論證、得出結論】胡克定律：在彈性限度內，彈力的大小跟

物體的形變量成正比，即F=kx。式中k表示彈簧的勁度系數，跟彈簧材料、

粗細、長短等有關；強調：x表示形變量，而非彈簧的長度。羅伯特·胡克1635-1703通過F-x圖像（斜率）可以求出不同彈簧的彈性系數。【反思改進】在實驗過程中，可能會出現(xiàn)哪些影響

實驗結果的誤差？為減小誤差可以采取怎樣的措施？【反思改進】實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，避免超出彈簧的

__________；測量長度時，應區(qū)別彈簧原長l0、實際長度l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關系；記錄數據時要注意彈力及伸長量的對應關系及單位；彈性限度為了減小彈簧自身重力帶來的影響，應盡量選_____彈簧；

測彈簧原長時應讓彈簧_____________________________，

而不是平放在水平面上處于自然伸長狀態(tài)；描點作圖時，應使盡量多的點落在畫出的線上，可允許少

數點分布于線兩側，描出的線不應是折線，而應是平滑的

曲線或直線；輕質在不掛鉤碼時保持自然下垂狀態(tài)【反思改進】例1、某實驗小組做“探究彈力與彈簧伸長量的關系”的實驗，實驗時，先把彈簧平放在桌面上，用直尺測出彈簧的原長L0＝4.6cm，再把彈簧豎直懸掛起來，在下端掛鉤碼，每增加一只鉤碼記下對應的彈簧長度L，數據記錄如下表所示：（1）根據表中數據在圖中作出F-L圖線；（2）由圖線可得，該彈簧勁度系數k＝_____N/cm；（3）圖線與L軸的交點坐標大于L0的原因是什么？50L0＝4.6cm圖線與L軸的交點坐標表示彈簧不掛鉤碼時的長度，其數值大于彈簧原長，是因為彈簧自身重力的影響。練習1、一彈簧測力計的量程是10N，刻度總長度是5cm，

該彈簧測力計上彈簧的勁度系數是（）A．200N/mB．2N/mC．50N/mD．5000N/mA5cm探究彈簧彈力與形變量的關系創(chuàng)設情境，提出問題制訂方案，設計實驗分組實驗，采集數據分析論證，得出結論規(guī)律應用，反思改進（1）如何測量F？（2）如何測得x？（3）如何直觀得到F與x的關系？（1）彈簧的原長（2）鉤碼的重力和對應的彈簧的長度（3）改變鉤碼個數，重復測量（1）表格記錄數據（2）在F-x圖像中描點連線（1）結論：胡克定律（2）應用（1）實驗誤差的改進措施（2）例題解析彈簧的勁度系數勁度系數，即剛度系數（或稱倔強系數、彈性系數）。

它描述單位形變量時所