资源描述
实验二探究弹力和弹簧伸长的关系,实验准备实验目的(1)探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系.(2)学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法.实验原理(1)如图S2-1所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时,相等,弹簧产生的弹力与钩码重力大小_.图S2-1,(2)用_测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以_表示弹力大小F，以_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，就可探究弹力大小与伸长量之间的关系.实验器材轻质弹簧(一根)、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、重垂线、,坐标纸、三角板等.,刻度尺,纵坐标,横坐标,实验过程,实验步骤,铁架台,弹簧,刻度尺,竖直,(1)如图S2-2所示，将_放在桌面上(固定好)，将_的一端固定在铁架台的横梁上，在接近弹簧处将_(最小分度为1mm)固定于铁架台上，并检查刻度尺,是否_.,不挂钩码,图S2-2(2)记下弹簧下端_时所对应的刻度L0.,(3)在弹簧下端挂上一个钩码，记下静止时弹簧所对应的刻,度L1.,(4)用上面的方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4，并将所得数据记录在表格中.,数据处理,LnL0,总重力,总重力,(1)用xn_计算出弹簧挂1个、2个、3个钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的_，这个_就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格.(2)以伸长量x为横轴、弹力F为纵轴建立坐标系，要注意标上坐标轴表示的物理量及单位.(3)在坐标轴上选择合适的标度(能使数据布满整个坐标系)，并将以上数据描点表示在图象中，描点时要留下痕迹.(4)将以上描点连线.要让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃.(5)这就是弹簧弹力的F-x图象，如果图象在误差范围内是一条_的直线，那么说明弹簧弹力与弹簧的伸长量成,正比.,过原点,实验分析,注意事项,自然下垂,用毫米刻度尺,(1)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样.量取L0时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上，让其_，再_量得自然状态下,的原长，否则图象将不过原点.,弹性限度,弹力,(2)只有在_内，弹簧的_才与弹簧的_成正比.所以在弹簧下挂钩码时，注意不要使弹簧所,受拉力超过其_.,伸长量,弹性限度,(3)若用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系，由于实验误差，依据实验数据描成的点不完全在一条直线上.这时所作直线应尽量多地通过这些点，并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线的两侧.明显与其他相差很远的点应该舍去.(4)如果实验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长，得到的图象将_.根据实验目的要用弹簧的_.如果弹簧伸长量的单位用米，弹力的单位用牛，则函数表达式中,常数k的单位是牛每米，即N/m.,不过原点,伸长量,误差分析(1)本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.(2)弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响.(3)为了减小误差，要尽量多测几组数据.实验改进1.实验原理的创新,甲,丙,乙图S2-3,2.数据处理的创新,(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响(如图S2-3甲所示)弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响(如图乙、丙所示).,(2)图象的获得：由坐标纸作图得F-x图象由传感器和计,算机输入数据直接得F-x图象.,【基础检测】1.(多选)如图S2-4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，如图乙所示.则下列判断正确的是(图S2-4,A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹力增加量与对应的弹簧长度成正比C.该弹簧的劲度系数是200N/mD.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变,解析：由图象知，F-x是一个过原点的直线，k,200.10,N/m,200N/m，可知A错误；弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比，与对应的弹簧长度不成正比，B错误.答案：CD,2.(2015年广东阳东一中、广雅中学联考)某同学利用如图S2-5甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.,图S2-5,(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态.(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图象.由此图象可得该弹簧的原长x0_cm，劲度系数k_N/m.,(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x_cm.,答案：(1)竖直(2)450(3)10,考点1用图象法处理实验数据重点归纳,在F-x图象中：,(1)图象的斜率表示弹簧的劲度系数大小.,(2)图象是过原点的一直线，若实验处理数据方法不一样，导致图象与纵轴、横轴有交点，应具体分析交点所表示的物理意义.,典例剖析,例1：(2014年新课标全国卷)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图S2-6所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度.设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，重力加速度g取9.80m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为,11.88cm.,(1)将表中数据补充完整：_；_.,图S2-6,图S2-7,(3)图S2-7中画出的直线可近似认为通过原点.若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k_N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k_N/m.,【考点练透】,1.在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”的实验中，所用装置如图S2-8甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中.,(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在如图乙所示的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量间的关系图线.(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_(计算结果,保留3位有效数字).,甲,乙,图S2-8,答案：(1)如图D7所示.图D7,(2)75.0N/m,(74.076.0N/m均正确),2.(2015年山东临沂模拟)如图S2-9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.,甲,乙,图S2-9,(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_.(2)实验中需要测量的物理量有：_,_.,(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图象，由此可,求出弹簧的劲度系数为_N/m.,(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：,A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，,F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来.,B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0.,C.将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺.,D.依次在弹簧下端挂上1个、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.,E.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式.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：_.,答案：(1)刻度尺,(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应,的长度),(3)200,(4)CBDAEFG(或CBDGAEF),考点2实验误差分析重点归纳,本实验的误差主要来源于：弹簧拉力大小的不稳定、弹簧,长度的测量和作图.,典例剖析例2：(2015年福建卷)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.(1)如图S2-10甲所示是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；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.,甲,丙,乙图S2-10,(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)由图乙知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长量为(14.667.73)cm6.93cm；(2)若随意增减砝码，会作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项A正确.(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系，是因为所挂钩码重力超过弹簧弹力范围.,答案：(1)6.93(2)A(3)所挂钩码重力超过弹簧弹力范围,【考点练透】,3.在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m0.1kg，取g10m/s2)，并记录绳下端的坐标x加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标x减i，绳下端坐标的平,码个数),(1)同一橡皮绳的x加i_x减i.(填“大于”或“小于”)(2)_同学的数据更符合实验要求.(填“甲”或“乙”)(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m).,(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素,有哪些？,答案：(1)小于(2)乙,(3)取乙同学的数据作图，如图D8所示.,图D8,由图可得：k58N/m.,(4)选用钩码的质量不能过大，否则很容易超出橡皮绳的弹性限度，质量也不能过小，否则橡皮绳的形变量很小，测量误差大.,4.某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量的关系时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L04.6cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一个钩码均记下对应的弹簧长度x，数据记录如下表所示.,图S2-11,(1)根据表中数据在图S2-11中作出F-x图线.,(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k_N/m.(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是：_,_.,答案：(1)如图D9所示.,图D9,(2)50(3)弹簧自身重力的影响,
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