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实 验 二 探究弹力和弹簧伸长的关系,【实验过程】 一、实验步骤 1.如图所示,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1mm)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)。 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。,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。,【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偶然误差,为了减小这种误差,画图时要用细铅笔作图,所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。,【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适当大一些,从而使坐标点的间距尽可能大,这样作出的图线准确度更高一些。 3.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量,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.记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位。 6.坐标轴的标度要适中。,【实验改进】 本实验的系统误差来自弹簧的重力,所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响： 1.一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆,在水平方向做实验。 2.另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧,通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度。,3.利用计算机及传感器技术,将弹簧水平放置,且一端固定在传感器上,传感器与计算机相连,对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时,计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像(如图甲、乙所示),分析图像得出结论。,热点1 实验数据处理和实验误差的考查 【典题1】(2014唐山模拟)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,实验装置如图甲所示。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。,(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标图乙中描点,请作出F-L图线。,(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0= cm,劲度系数 k= N/m。 (3)试根据以上该同学的实验情况,请你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：_ 。,【解题探究】 (1)描点作图时应注意使各点_地分布在直线的两侧。 (2)图线的函数表达式为F=_。 (3)试分析弹簧水平放置时,影响该实验系统误差的因素。 提示：弹簧与桌面间的摩擦、绳子与滑轮间的摩擦等。,均匀,k(L-L0),【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示。 (2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图像可知,L0=510-2m=5cm。 劲度系数为图像直线部分的斜率,k=20N/m。,(3)记录数据的表格如表：,(4)优点是避免弹簧自身所受重力对实验的影响。 缺点是弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差增大。 答案：(1)见解析 (2)5 20 (3)见解析 (4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与 滑轮间存在摩擦造成实验误差增大,热点2 实验原理和实验步骤的考查 【典题2】(2012广东高考)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 (选填“水平”或“竖直”)方向。,(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10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6,数据如表：,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)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 (选填“L0”或“Lx”)的差值。,(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9.8m/s2)。,【解题探究】 (1)弹簧的弹力与重力_,故弹簧的轴线应沿_ 方向。 (2)应如何确定弹簧的伸长量? 提示：应该把挂上砝码盘时弹簧的长度作为弹簧的起始长度,弹簧的伸长量应该是挂上砝码时弹簧的长度与只挂砝码盘时弹簧的长度之差。,等大反向,竖直,【解析】(1)测量弹簧的长度时应在竖直方向。 (2)测量仪器是10分度的,需要估读到最小精度的下一位,则此刻度尺的最小精度应为1mm,故L3读数错误。 (3)横轴表示的是弹簧的形变量,故为弹簧长度与Lx的差值。 (4)由mg=kx得图像的斜率k= 故k=4.9N/m,挂了砝码盘后弹簧伸长了2cm,由mg=kx知其质量为10g。 答案：(1)竖直 (2)静止 L3 1mm (3)Lx (4)4.9 10,
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