山东省专用2018-2019学年高中物理第三章相互作用实验探究弹力和弹簧伸长的关系讲义含解析新人教版必修1 .doc

实验：探究弹力和弹簧伸长的一、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、图像法、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。2弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。3求弹簧的劲度系数弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数k，即为弹簧的劲度系数；另外，在Fx图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。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按下图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。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。1234567F/N0l/cmx/cm0五、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，如图所示。2以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据Fx图线的斜率求解，k。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。例1(1)(多选)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(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”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(1)本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长量的关系，所以选A、B。(2)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C。答案(1)AB(2)C 例2某同学用如图所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出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，所得数据列表如下：(重力加速度g10 m/s2)砝码质量m/102 g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/102m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据，在如图所示的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。 (2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在_N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为_N/m。解析(1)描点作图，如图所示。(2)从图像可以看出在05.00 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。根据胡克定律Fkx得：k N/m25.00 N/m。答案(1)见解析图(2)05.0025.001.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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像如图所示。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：选B由胡克定律知Fk(ll0)，其中k为劲度系数，在Fl图像上为直线的斜率。由图像知kakb，即a的劲度系数比b的大，B正确，C错误。a、b两图线与l轴的交点为弹簧的原长，则a、b的原长分别为l1和l2，从图像看出l1l2，故A错误。弹力F与弹簧的长度l是线性关系而不是正比关系，故D错误。2某同学利用如图(a)所示的装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。 (1)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线，由此图线可得该弹簧的原长x0_cm，劲度系数k_N/m。(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x_cm。解析：(1)从题图(b)中可以看出，当外力为零时，弹簧的长度为4 cm，即弹簧的原长为4 cm，从图中可得当F2 N时，弹簧的长度为8 cm，即x4 cm，所以劲度系数为k N/m50 N/m。(2)从题图(c)中可得弹簧的弹力为3.0 N，所以从题图(b)中可以找出，当F3 N时，弹簧的长度为10 cm。答案：(1)450(2)103某同学在探究弹力与弹簧伸长的关系时，设计了如图甲所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，待静止时，测出弹簧相应的总长度。每只钩码的质量都是10 g。实验数据如下表所示。(弹力始终未超出弹簧的弹性限度，g取10 N/kg)钩码质量/g01020304050弹簧总长度/cm5.005.506.006.507.007.50弹力大小/N00.10.20.30.40.5 (1)试根据这些实验数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的函数关系图像。(2)图像在l轴上的截距的物理意义是_。该弹簧的劲度系数k_N/m。解析：(1)根据实验数据描点、连线，所得Fl图像如图所示。(2)图像在l轴上的截距表示弹簧原长。由图像可知，弹簧的劲度系数应等于直线的斜率，即k20 N/m。答案：(1)见解析图(2)表示弹簧原长204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：刻度尺的分度值为1 mm，所以刻度尺的读数为l25.85 cm，挂2个钩码时，弹簧弹力F2Gmg20.059.8 N0.98 N，公式Fkx中的x是弹簧的形变量，所以要得到弹簧伸长量x，还需要测量弹簧的原长l0。答案：25.85(25.8125.89均可)0.98弹簧的原长l05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：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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)如图所示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”)。 (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g9.8 m/s2)。解析：(1)实验器材应竖直放置。(2)待弹簧静止时测量其长度。L3数值与其他数值的有效数字不同，因此该数值记录不规范。由表中数值保留到小数点后两位(0.01 cm)，可知测量仪器应为毫米刻度尺，最小刻度为1 mm。(3)横轴表示弹簧的形变量，因此应是弹簧长度与Lx的差值。(4)图像的斜率k10.5，又mgkx，所以弹簧的劲度系数kg0.59.8 N/m4.9 N/m，砝码盘的质量为m1.0102 kg10 g。答案：(1)竖直(2)静止L31 mm(3)Lx(4)4.910