师：好，同学们，我们来学习第二章第五节的最后一个实验——探究弹簧的弹力和形变量的关系。首先，我们要明确实验目的，即探究弹力与弹簧伸长的定量关系，也就是胡克定律。同时，要学会运用列表法、图像法、函数法处理实验数据。高中物理与初中物理最大的区别，就在于实验时采用图像法处理数据，以及培养化曲线为直线的能力。

　　实验原理是，弹簧受拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与外力大小相等，且弹簧伸长量越大，弹力越大。作为探究性实验，我们要找出其中的关系。

　　实验器材有铁架台，用于将弹簧挂在竖直方向；研究对象弹簧；若干钩码，挂上后使弹簧向下伸长；刻度尺，用于测量；还有坐标纸，用于处理最终数据。这个实验器材中，常有人遗漏弹簧和刻度尺这两样。

　　实验装置图如右图所示，能看到刻度尺挂在相应位置，弹簧下挂着钩码，整个装置放置在铁架台上。

　　实验注意事项如下：

　　一、拉力不要超过弹簧的弹性限度，否则弹簧变形无法恢复，就不能用于实验了。

　　二、尽量多测几组数据，且使用轻质弹簧。因为仅用一组、两组数据往往难以找出定量关系，多测几组便于分析关联。

　　三、观察所描点的走向。由于是探究性实验，实验前不知规律，描点后所作曲线是试探性的，需分析点的分布和走向后，再决定是否用直线连接这些点。要注意，高中许多实验描点后，不能用刻度尺直接将点连成折线。

　　四、统一单位，记录数据时注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。长度单位不一定用国际单位制的米，厘米也可，但所有测量数据都要用同一单位，如厘米。

　　误差分析方面，一是钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确会带来误差；二是画图时描点及连线不准确也会造成误差。

　　接下来分析第一个要点，实验原理和实验操作中常遇到的问题。例如例题一，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。

　　第一问，为完成实验还需要什么实验器材？结合前面讲解的实验器材，因为要测量弹簧原长及挂上钩码后的伸长长度，所以还需要刻度尺。

　　第二问，实验中需要测量的物理量有哪些？由于研究的是弹簧所受拉力与伸长量的关系，所以首先要测量弹簧原长，然后每次挂完钩码后，测量弹簧伸长后的长度，二者差值就是伸长量。

　　第三问，图乙是弹簧的弹力(f)与弹簧伸长量(x)之间的(F - X)图线，可由此求弹簧的劲度系数。我们知道(f = kx)，正常应是过原点的直线，但此图线不过原点，不过其斜率仍代表弹簧的劲度系数。分析图线，水平方向从(0.5)厘米开始到(4)厘米，伸长量为(3.5)厘米，即(0.035)米，数值方向力是(0)到(7)牛顿，根据(7)牛顿 = 劲度系数(k)×(0.035)米，可算出劲度系数(k = 200)牛顿/米。出现不过原点的原因是，未挂勾码时，竖直方向测量弹簧已有(0.5)厘米伸长，这是因为弹簧本身有自重。轻质弹簧一般不考虑重量，但实际弹簧有自重。

　　为完成该实验，设计的实验步骤如下(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)，请将步骤按操作先后顺序排列。首先明确实验宗旨，要先把铁架台固定在桌子上，所以(c)选项排在第一个。接着弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺，固定好刻度尺后，第一件事是记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度(R_0)，即弹簧在竖直方向的原长。之后依次在弹簧下端挂钩码，可挂多个，多测几组数据，并分别记下钩码静止时弹簧下端对应的刻度，记录在表格内，然后取下钩码。接下来处理实验数据，以弹簧伸长量为横坐标，弹力为纵坐标，描出各组对应点，并用平滑曲线连接。再以弹簧伸长量为自变量，尝试写出弹簧与弹簧伸长量的关系式，先尝试一次函数，不行再写二次函数，最后解释函数表达式中常数的意义，做完实验后整理仪器。所以正确顺序是(CBDAEFG)。要注意，这是探究性实验，不能一步到位写出表达式，需逐步探索。

　　下面看这道题对应的变式训练。如图所示是探究弹力和弹簧形变量关系的实验装置，小明同学操作正确、读数准确，得到的数据记录如下表。已知重力加速度(g)取(9.8)。表格记录了四次实验的三个物理量：加的力(f)、弹簧达到的长度、形变量。从表格可知，外力为(0)时，弹簧长度(12)厘米，即原长。每个钩码质量若按第一次加一个钩码力为(0.98)牛顿，(g = 9.8)，则质量(m = 0.1)千克，所以选项(a)说每个钩码质量(0.98)千克错误。选项(b)，实验所用刻度尺若分度值为(1)毫米，即毫米刻度尺，用厘米做单位应估读到小数点后两位，而表格中(12.0)只有一位，所以(b)错误。选项(c)，原长(12)厘米，每挂一个钩码弹簧伸长(2)厘米，不是(12)厘米，(c)错误。选项(d)，挂一个钩码伸长(2)厘米，两个钩码伸长(4)厘米，三个钩码伸长(6)厘米，成正比例关系，说明实验时弹簧伸长量未超过弹性限度，(d)正确。所以这道题答案选(d)。