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1、 甘运雄 实验实验二二 探究探究弹弹力和力和弹弹簧伸簧伸长长的关系的关系一、实验目的一、实验目的 I培养学生用所学知识探究物理规律的能力 2探究弹力和弹簧伸长的关系 3养成用图象法处理实验数据的习惯二、实验原理二、实验原理 1如图实-2-1 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，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、实验器材三、实验器材铁架台、弹簧、
2、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线四、实验步骤与数据处理四、实验步骤与数据处理 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-2-2 所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长 L 并计 算钩码的重力，填写在记录表格里3改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次 4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 5以弹簧的伸长量 x 为自变量，写出曲线所代表的函数首先尝试写成一次函数，如果不 行则考虑二次函数 6
3、得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数(斜率 K)的物理意义甘运雄 五、注意事项五、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、误差分析六、误差分析 1钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差 2
4、画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 练习 1(1)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 L-L0作为弹簧的伸长量 x，这样操作，
5、由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图 线可能是图实-2-3 中的( )【解析】本题主要考查使用弹簧时应注意的问题，还有用图象法来描述弹簧的弹力与 其伸长量间的关系 (1)本实验中应以需要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，以 改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长的关系，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 2做“探究弹力与弹簧伸长的关系”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
6、上的刻度 L0； C将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重)，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 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以弹簧伸长为自变量，写出弹力与伸长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；甘运雄 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： 解析：根据实验的要求，步骧先后顺序应为 C、B、D、A、E、F、G答案：CBDAEFG 3在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中，将弹簧水平放置测其自然长
7、度，然后竖直 悬挂让其自然下垂，在下端挂上钩码实验过程在弹性限度内进行，用记录的外力 F 与弹 簧的伸长 x 作 F-X 图线如图实-2-8 所示，该图线不过原点的原因是 解析：当未悬挂砝码时，由于弹簧自重的影响，造成弹簧的形变。 4某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下 垂，测出其自然长度；然后在其下端施加外力 F，测出弹簧的总长度 L，改变外力 F 的大小， 测出几组数据，作出外力 F 与弹簧总长度 L 的关系图线如图实-2-10 所示(实验过程是在 弹簧的弹性限度内进行的)(1)由图可知该弹簧的自然长度为 cm； (2)该弹簧的劲度系数为 N/m 答
8、案：（1）10 （2）50 5用一弹簧测力计水平拉一端固定的弹簧，以此来测定此弹簧的劲度系数 K，测出的拉力 F 与弹簧长度 L 之间的数据如下表所示：(1)在图实-2-11 中作出此弹簧的 F-L 图线 (2)图线与 L 轴的交点表示 ，其值为 cm，此弹簧的劲度系数为 N/m甘运雄 6.(2009 年合肥质检)某同学用如图实-2-4 所示装置做“探究弹力和弹簧伸长关系”的实 验他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐 个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取 g=9.8 m/s2)(1)根据所测数据，在图实-2-5 所示的坐标纸
9、上作出弹簧指针所指的标尺刻度 x 与钩码质 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，这种规格的弹簧的劲度系数为 Nm 【解析】本题主要考查用图象法处理数据的方法以及根据实验结果(图象)判断分析实验 结论的能力 (1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应 让尽量多的点落在线上，(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分布在线的两侧， 如图实-2-6 所示甘运雄 7(8 分)某同学在探究弹簧的弹力和弹簧伸长量的关系时，测得了弹簧的劲度系数 k他的做法是：先将待测弹簧的一端固定在铁架台
10、上，然后将最小刻度是毫米的刻度 尺竖直放在弹簧的一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时， 指针指示的刻度数值记为 L0；当在弹簧的下端挂 1 个 50 g 的砝码时，指针指示的刻度数 值记为 L1；当在弹簧的下端挂 2 个 50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记为 L2挂 7 个 50 g 的砝码 时，指针指示的刻度数值记为 L7各数值记录如下表所示 (1)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出 3 个差 值：d1=L4-L0=6.90cm，d2=L5-Ll=6.90cm，d3=L6-L2=7.00cm请你计算第 4 个差值： d4= =
11、 cm (2)根据以上差值，可以求出每增加 50g 砝码弹簧的平均伸长量L，用 d1、d2、d3、d4表 示为:L= ，代人数据得L= cm (3)另一同学认为，利用作图法也可以处理上表中的数据并求得 k 值，该同学以 为纵坐 标、指针指示的刻度值为横坐标，通过描点作图得到一条倾斜的直线，则该直线的 即 为 K (4)计算弹簧的劲度系数 k= Nm(取 g=9.8m/s2) 7、题答案：8、 （6 分）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 200mm 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 20g） ，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 与拉力 F 关系的图像如图所示。从图像中可以得出 D 。 （填选项前的字母）lA.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甘运雄
