实验二 研究弹力与弹簧伸长的关系.

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1、一、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,二、实验原理 1如图实21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,三、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 四、实验操作 1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l0，即原长,(2)如图实22所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩 码，量出此

2、时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自 己设计的表格中,(3)改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、 m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.,2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,五、注意事项 1所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出

3、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，这样作出的图线更精确 3测量弹簧的原长时要让它自然下垂测弹簧长度时， 一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以减小误差,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描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线 5记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及 单位,六、误差分析 1钩码标值不准确及弹簧长度测量不准确带来误差 2作图时描点及连线不准确也会带来误差 3弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响而带 来误差,例1 (1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正

4、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实23中的 .,解析：(1)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来改变对弹簧的

5、拉力，以探索弹力与弹簧伸长的关系，并且拉力和重力平衡，所以选A、B. (2)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，所以选C.,答案：(1)AB (2)C,例2 利用如图实24甲所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验所用的钩码每只的质量为30 g实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中(弹力始终未超过弹性限度，取g10 m/s2),图实24,(1)在图实24乙坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系的图线 (2)由图线求得该弹簧的劲度系数k_ N/m.(保留两位有效数字),答案 见解

6、析,例3 在“探究弹力和弹簧伸长的 关系，并测定弹簧的劲度系数”的 实验中，实验装置如图实26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 图实27中，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：_,解析

7、(1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图实28所示：,图实28,(2)弹簧的原长L0即为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：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的摩擦造成实验的误差,答案 (1)见解析 (2)5 20 (3)(4)见解析,1一个实验小组在“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关系的图 象如图实29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 C

8、a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：图象的横轴截距表示弹簧的原长，A错误；图象的斜率表示弹簧的劲度系数，B正确，C错误；图象不过原点，D错误,答案：B,2(2010福建高考)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉 力的关系实验时，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关系的图象如图实210所示从图象中可以得出_(填选项前的字母),A增挂钩码时l

9、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：本题意在考查学生的识图、用图能力图中两条线都不是直线，故l与F不成正比，A项错；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大于增挂钩码时的伸长量，B、C项错，故D项正确,答案：D,3某同学在做研究弹簧的形变与 外力的关系实验时，将一轻弹 簧竖直悬挂让其自然下垂，测 出其自然长度；然后在其下部 施加外力F，测出弹簧的总长度 L，改变外力F的大小，测出

10、几组数据，作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图实211所示(实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的)由图可知该弹簧的自然长度为_ cm；该弹簧的劲度系数为_ N/m.,答案：10 50,4以下是一位同学做“探究形变与弹力的关系”的实验 (1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮这 位同学按操作的先后顺序，用字母排列出来是_ 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，并用平滑的曲线连结起来 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刻度尺,D依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、钩码

11、，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以弹簧的伸长量为自变量，写出弹力与弹簧的伸长量 的关系式 F解释函数表达式中常数的物理意义,(2)下表是这位同学探究弹力大小与弹簧伸长之间的关系所测的几组数据：,在图实212的坐标上作出 Fx图线； 写出曲线的函数表达式(x用 cm作单位)：_； 函数表达式中常数的物理意 义_,解析：(1)CBDAEF (2)依据上述表中的数据在直角 坐标系中描点，并过这些点作出 图线，如图所示 根据所作的图线可写出函数表 达式为：F0.43x 根据胡克定律Fkx知函数表达式中的常数为弹簧的劲度系数，其物理意义是弹簧每伸长或压缩0.

12、01 m(1 cm)所需的拉力或压力大小为0.43 N.,答案：(1)CBDAEF (2)见解析 F0.43x 弹簧每伸长或缩短0.01 m (1 cm)所需的拉力或压力大小为0.43 N,(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用 如图实213所示的实验装置可以测量 出它的杨氏模量Y的值首先利用测量工 具a测得橡皮筋的长度L20.00 cm，利用 测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直 径D4.000 mm，那么测量工具a应该是 _，测量工具b应该是_,(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录. 请作出Fx图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k_N/m. (4)这种橡皮筋的Y值等于

13、_,答案：(1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器 (3)图象见解析图 3.1102 (4)5106 Pa,6(2011南京模拟)17世纪英国物理学家胡克发现：在弹性 限度内，弹簧的形变量与弹力成正比，这就是著名的胡克定律受此启发，一学习小组同学研究“金属线材伸长量与拉力的关系”的探究过程如下： A有同学认为：横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹 性限度内，其伸长量与拉力成正比，与截面半径成反比 B他们准备选用一些“由同种材料制成的不同长度、 不同半径的线材”作为研究对象，用测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律，以验证假设,C通过实验取得如下数据： D同学们对实验数据进行分析、归纳后，对他们的假 设进行了补充完善,(1)上述科学探究活动中，属于“制定计划”和“搜集证据”的环节分别是_、_. (2)请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确？若有错误或不足，请给予修正,解析：确定研究对象，选取实验器材属“制定计划”；实验过程和测量数据属“搜集证据”研究伸长量x与拉力F、长度L、直径D的关系时，采用控制变量法，比如长度、直径不变，再研究伸长量与力的关系，这种方法称为控制变量法这是物理实验中的一个重要研究方法,答案：(1)B C (2)他们的假设不是全部正确在弹性限度内，金属丝(杆)的伸长量与拉力成正比，与截面半径的平方成反比，还与金属丝(杆)的长度成正比,