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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,h,*,【,实验目的,】,1.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系.,2.学会利用图象法处理实验数据.,【,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.,实验二,探究弹力和弹簧伸长量的关系,要点归纳,1,h,图1,2.,弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉,以研究弹簧的弹力和弹簧伸长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.,2,h,【,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,l,0,即原长.,2.如图2所示,在弹簧下端挂质量为,m,1,的钩码，量出,此时弹簧的长度,l,1,，记录,m,1,和,l,1,，填入自己设计的表,格中.,图2,3,h,3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录,m,2,、,m,3,、,m,4,、,m,5,和相应的弹簧长度,l,2,、,l,3,、,l,4,、,l,5,并,得出每次弹簧的伸长量,x,1,、,x,2,、,x,3,、,x,4,、,x,5,.,钩码个数,长度,伸长量,x,弹力,F,0,l,0,=,1,l,1,=,x,1,=,l,1,-,l,0,F,1,=,2,l,2,=,x,2,=,l,2,-,l,0,F,2,=,3,l,3,=,x,3,=,l,3,-,l,0,F,3,=,4,h,【数据处理】,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.,3.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.,5,h,【,误差分析,】,1.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.,2.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.,3.描点、作图不准确.,6,h,【,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,描的点的间距尽可能大,这样作出的图线更精确.,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.,及单位.,7,h,【,例1,】,某同学用如图3所示装置做探究,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 图3,得数据列表如下:(重力加速度,g,=9.8 m/s,2,),典例剖析,砝码质量,m,/10,2,g,0,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00,7.00,标尺刻度,x,/10,-2,m,15.00,18.94,22.82,26.78,30.66,34.60,42.00,54.50,8,h,(1)根据所测数据,在图4坐标纸上作出弹簧指针所指,的标尺刻度,x,与砝码质量,m,的关系曲线.,图4,(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在_,规格弹簧劲度系数为_N/m.,9,h,思路点拨,(1)在坐标纸上描点，然后根据各点的分,布与走向,用平滑的曲线(或直线)连接各点.,(2)满足胡克定律的应是图线中的直线部分.,解析,(1)如图所示,10,h,(2)根据图线可以看出，当,m,5.00102 g=0.5 kg,时,标尺刻度,x,与砝码质量,m,成一次函数关系,所以当,F,=,mg,4.9 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡,数,k,则,k,=25 N/m.,答案,(1)见解析 (2)0,4.9,N,25,11,h,【,例2,】,用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已,知质量的钩码,来测定某个不太重的物体有多重,该,怎么做?,解析,(1)将弹簧上端固定在支架上,下端挂上钩码,(质量已知为,m,),测出弹簧伸长,x,.,(2)将钩码取下换上待测物体,测出弹簧伸长,x,.,(3)待测物体的重力,答案,见解析,12,h,【,例3,】用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力,会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现:金属丝,或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比,的金属杆,长为4,m,横截面积为0.8,cm,2,设计要,求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1 000,问,最大拉力多大?由于这一拉力很大,杆又较长,直,接测试有困难,选用同种材料制成样品进行测试,通过测试取得数据如下:,创新实验,13,h,(1)测得结果表明线材受拉力作用后,其伸长与材料的,长度成_,与材料的截面积成_.,(2)上述金属细杆承受的最大拉力为_N.,解析,(1)由题中列表可看出,材料样品的伸长量与材,料的长度成正比,与材料的截面积成反比.,长度,250 N,500 N,750 N,1 000 N,1 m,0.05 cm,2,0.04 cm,0.08 cm,0.12 cm,0.16 cm,2 m,0.05 cm,2,0.08 cm,0.16 cm,0.24 cm,0.32 cm,1 m,0.10 cm,2,0.02 cm,0.04 cm,0.06 cm,0.08 cm,伸,长,拉,力,截面积,14,h,(2),由表可看出,材料一定长,一定截面积时，拉力与,伸长量的比例为定值.,设1,m,长,截面积为0.05,cm,2,的比例系数为,k,1,2,m cm,2,的比例系数为,k,2,1,m,长,截面积为0.10,cm,2,的比例系数为,k,3,15,h,由,k,1,、,k,2,、,k,3,的值可得,比例系数,k,与长度,L,成反比,与截面积,S,成正比,故,设4,m,长,截面积为0.8 cm,2,的比例系数为,k,0,解得,k,0,=2.510,6,N/m,又金属细杆最大伸长量为,所以金属细杆承受的最大拉力为,F,m,=,k,0,x,m,=2.510,6,410,-3,N=10,4,N,答案,(1)正比 反比 (2)10,4,16,h,1.如图5甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感,器与电脑相连.当对弹簧施加变化的作用力(拉力或,压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的,弹力大小的关系图象(如图乙).则下列判断正确的是,(),图5,素能提升,17,h,C.该弹簧的劲度系数是200 N/m,D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变,解析,由乙图可知,F,=,kx,即弹簧的弹力和弹簧的形变,F,=,k,x,可,知,B说法正确;由 C正确;,F,-,x,图线的,斜率对应弹簧的劲度系数,而,x,0和,x,0时的斜率相同,故D正确.,答案,BCD,18,h,2.某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实,验中,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直,尺测出弹簧的原长,l,0,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,l,-,l,0,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,出的图线可能是下图中的哪一个 (),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,x,0,所以选C.,C,19,h,3.做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验步骤,如下：,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,F,)对应的点,并用平滑的曲线连接起来.,L,0,;,C.将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上,一定的配重),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；,D.依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个、钩码,并,分别记下钩码静止时,弹簧下端所对应的刻度并记,录在表格内,然后取下钩码；,20,h,E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系,式，首先尝试写成一次函数,如果不行则考虑二次,函数；,F.解释函数表达式中常数的物理意义；,G.整理仪器.,请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:,_.,解析,根据实验的实验操作过程应先安装仪器,再挂,钩码然后记录数据,分析数据,最后整理即可,排列先,后顺序为：,CBDAEFG,.,CBDAEFG,21,h,4.某同学在研究学习中,利用所学的知识解决了如下,问题：一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为,h,=25.0 cm,且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分,位于筒内,但测力计可以与弹簧的下端接触),如图6,端弹簧的长度,L,.现要测出弹簧的原长,L,0,和弹簧的劲,度系数,该同学通过改变,L,而测出对应的弹力,F,作出,F,-,L,变化的图线如图6乙所示,则弹簧的劲度系数为,_N/m,弹簧的原长,L,0,=_cm.,22,h,图6,解析,根据胡克定律,F,=,k,(,h,+,L,-,L,0,)=,kL,+,k,(,h,-,L,0,),从图,中知道当,L,=0时,F,=10 N；当,L,=10 cm时,F,=20 N；,将其代入方程联立得,k,=100 N/m,L,0,=15.0 cm.,答案,23,h,5.用纳米技术处理过的材料叫纳米材料,其性质与处,加,对光的反射能力会变得很低，熔点会大大地降,低,甚至有特殊的磁性质.现有一纳米合金丝,欲测,出其伸长量,x,与所受到的拉力,F,、长度,L,、截面直径,D,的关系.,(1)测量上述物理量需要的主要器材是:_、,_、_等.,(2)若实验中测量的数据如下表,根据这些数据请写,出,x,与,F,、,L,、,D,间的关系式：,x,=_.(若用到,比例系数,可用,k,表示),24,h,(3)在研究并得到上述关系的过程中,主要运用的科学,研究方法是_(只需写出一种).,(4)若有一根合金丝的长度为20 cm,截面直径为,0.200 mm,使用中要求其伸长量不能超过原长的百分,之一,那么这根合金丝能承受的最大拉力为_N.,长度,L,/,cm,50.00,100.0,200.0,50.0,0.040,0.20,0.40,0.80,10.00,0.040,0.40,0.80,1.60,5.00,0.080,0.10,0.20,0.40,拉力,F,/N,伸长量,x,/cm,直径,D,/mm,25,h,解析,(2)由题目所给的数据分析可知：当力、直径,一定时,伸长量与长度成正比,当力、长度一定时,伸,长量与直径成反比,当长度、直径一定时,伸长量与力,成正比,有:,x,=,kFL,/,D,(取一组数据验证,式中的系数不,为零),答案,(1)弹簧测力 计刻度尺 螺旋测微器,返回,26,h,
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