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,第7单元 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系,一、实验目的 1探究弹力和弹簧伸长的定量关系 2学会用列表法和图象法处理实验数据,二、实验原理 1.如右图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等,2用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，如下图建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系,三、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸 四、实验步骤 1安装实验仪器如图1所示 2测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据 3根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标,4按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同 5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，如果不行再考虑二次函数,【例】 在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是( ) A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 B用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D用几个劲度系数不同的弹簧分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等,【解析】 弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A项正确；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读读数故B项正确；弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C项错误；拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数不同，故D项错误 【答案】 AB,一、实验操作技巧 1实验数据处理 (1)图象法 以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线，是一条过坐标原点的直线,【例1】 (2012浙江)在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤 (1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到实验数据如下表：,在下面坐标图中作出Fx图象并利用图象求得该弹簧的劲度系数k_N/m.,【答案】 (1)见解析图，53(说明：2内都可) (2)函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足Fkx的关系,【例2】 一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示下列表述正确的是( ) Aa的原长比b的长 Ba的劲度系数比b的大 Ca的劲度系数比b的小 D测得的弹力与弹簧的长度成正比,【解析】 根据胡克定律，有Fkxk(ll0)，在图象中斜率表示弹簧的劲度系数k，横截距表示弹簧的原长，故b的原长比a的长，a的劲度系数比b的大，故A、C项错误，B项正确；弹力与弹簧的形变量成正比，故D项错误 【答案】 B,2注意事项 (1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度 (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)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据 (4)记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长、总长及弹簧伸长量的对应关系及单位,二、实验误差的来源与分析 (1)本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小不稳定造成的，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，可以提高实验的准确度 (2)弹簧长度的测量是本实验主要误差来源，所以测量时尽量精确地测量弹簧的长度 (3)描点、作图不准确等,【例3】 (2010福建)某实验小组在做研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系的实验时，将原长约200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力F关系的图象如图所示从图象中可以得出：,A增挂钩码时l与F成正比，而减挂钩码时l与F不成正比 B当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大 C当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等 D增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度,【解析】 题图中两条线都不是直线，故l与F不成正比，A项错误；比较两条曲线可知，在拉力相等时，减挂钩码时橡皮筋的伸长量比增挂钩码时的大，B、C两项错误；减钩码过程图线不与原来重复，且伸长量比原来的长，说明超出橡皮筋的弹性限度，故D项正确 【答案】 D,【学法指导】 有些同学在一些教辅材料上做了一些以橡皮筋为背景的习题，会错误认为橡皮筋上的力与其形变量成正比，符合胡克定律，本题反映的橡皮筋的受力的情况是符合实际的，实际的橡皮筋不是弹簧模型所对应的Fkx.,一、理论与实际的处理 【例1】 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伸长，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图中的( ),【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，故C项正确 【答案】 C,二、创新能力的培养 【例2】 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组数据描点在坐标系图中(如下图)，请作出FL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图线如下图所示：,(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)5、20；(3) (4)见解析,
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