资源描述
实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系,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、图象法、函数法处理实验数据。 3.验证胡克定律。,二、实验原理 1.如图1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。,图1,三、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.按图2安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。,图2,2.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，xll0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3所示。,图3,六、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。 4.描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 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。,要点一实验原理及实验操作 例1 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Lx；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：,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)图4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”)。,图4,(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。(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L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准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xLLx。,答案(1)竖直(2)静止L31 mm(3)Lx(4)4.910,要点二实验数据处理 例2 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，请你根据表中数据作出分析。,(1)算出每一次弹簧的伸长量，并将结果填在表中的空格内。 (2)在坐标图上作出Fx图线。,(3)写出图线的函数表达式(x用cm作单位)：_。 (4)函数表达式中常数的物理意义：_。,图5,解析(1),(2)根据表格数据在Fx坐标图上描点，根据描的点作直线，使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直线两侧)。,(3)根据(2)中的Fx图线知，F与x是正比例函数，设表达式为Fkx，将F0.5 N、x1.0 cm代入得 k0.5 N/cm 故函数表达式为F0.5x(N)。 (4)函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数。 答案见解析,要点三创新实验 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6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。,图6,(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图7中，请作出FL图线。,图7,(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_cm，劲度系数k_ N/m。 (3)试根据该同学以上的实验情况，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：_ _。,解析(1)FL图线如图所示：,(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L05102 m5 cm。 劲度系数为图象直线部分的斜率，k20 N/m。,(3)记录数据的表格如下表,(4)优点是：可以避免弹簧自身重力对实验的影响。 缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。 答案(1)见解析图(2)520(3)、(4)见解析,1.下列关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验的说法中正确的是(),A.实验中k的具体数值必须计算出来 B.如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，FL图线也是过原点的一条直线 C.利用Fx图线可求出k值 D.实验时要把所有点连到线上，才能探究得到真实规律,解析“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中利用Fx图线可求出k值，但不一定要求解出k值，实验中用弹簧长度L代替x，FL图线不是过原点的一条直线，作图时绝大多数点通过直线，偏离较大的点应舍去。C项正确。 答案C,2.某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然增长，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LL0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(),解析由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选项C正确。 答案C,3.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8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g9.8 m/s2)。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_，作出Fx曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。,解析由图乙可估读为25.85 cm。挂2个钩码时，弹簧弹力等于钩码的重力，即F22mg0.98 N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长，因此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。 答案25.850.98弹簧原长,图8,4.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，根据图象回答以下问题。,(1)弹簧的原长为_cm。 (2)弹簧的劲度系数为_N/m。 (3)分析图象，总结出弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为_。(L用m为单位),图9,答案(1)10(2)1 000(3)F1 000(L0.10) N,5.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。,图10,(1)图10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l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l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l214.66 cm，ll2l16.93 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,6.某同学用如图11甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验。他先测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，分别测出指针所指刻度尺的刻度，所得数据列表如下(g取10 m/s2)：,图11,(1)根据所测数据，在坐标纸(图乙)上画出弹簧指针所指刻度尺的刻度x与钩码质量m的关系图线。 (2)根据xm图线可计算出，该弹簧的劲度系数为_N/m。(结果保留3位有效数字),解析(1)描点作图，如图所示：,答案(1)见解析图(2)58.3(56.558.5),
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