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1、实验(一) 探究弹力与弹簧伸长量的关系,【实验目的】 1探究弹力与弹簧伸长的定量关系 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的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 【实验步骤】 1如图所示，将铁架台放于桌面上(
2、固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直,2记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0. 3在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1.,4.用上面方法，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 5用xnLnL0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，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格 6根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为
3、横坐标,7按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同 8以弹簧的伸长为自变量，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 9解释函数表达式中常数的物理意义,【注意事项】 1实验过程中，注意拉力不要超过弹簧弹性限度测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量 2强调实验的探索性，即实验前并不知道弹力和弹簧的伸长有什么关系，如果是验证性实验，在坐标纸上描点以后所作直线的根据就是所验证的规律，但这是个探索性实验，实验前并不知道这个规律，所以描点以后作的曲线是试探性的，只是在分析了点的
4、分布和走向以后才决定用直线来拟合这些点,3做出直线之后，要用初中学过的正比例函数(一次函数)的知识写出直线所代表函数解析式，即写出Fkx.然后选定一组F和x，从而确定k的值但这个实验的重点在于它的探索性，比例系数的精确度不是重点 4要认识系数k的物理意义，即在伸长量一定时k越大弹力也越大，它反映了弹簧的“劲度” 5使用弹簧的伸长数据时应采用(ll0)，即弹簧长度变化量如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长，得到的不是正比例函数,【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,(1)在“探究弹力和弹簧伸
5、长的关系”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( ) A B,C D,解析：(1)本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象，在
6、弹性限度内通过增减钩码的数目，以改变对弹簧的拉力，来探究弹力与弹簧伸长量的关系，所以A、B正确 (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C正确 答案：(1)AB (2)C,下表是某同学为“探究弹力与弹簧伸长量的关系”所测的几组数据： (1)请你在图中的坐标纸上作出Fx图线； (2)写出图线所代表的函数式(x用m为单位)：_；,(3)写出函数表达式中常数的物理意义_； (4)若弹簧的原长为40 cm，并且以弹簧的总长度l为自变量，写出函数表达式(以N和m为单位)：_. 思路点拨：Fx图线应为过原点的一条直线，所以作图时应用直线将所描各点连接起来，连结时应使尽可能多的点落
7、在这条直线上，不在这条直线上的点应均匀地分布在直线的两侧图线的斜率表示弹簧的劲度系数,解析：(1)将x轴每一小格取为1 cm，y轴每一小格取为0.25 N，将各点描到坐标纸上，并连成直线，如图所示 (2)由图象得F20x. (3)函数表达式中的常数表示该弹簧每伸长(或压缩)1 m，其弹力增加20 N. (4)F20(L0.4) 答案：见解析,点评：在物理学中经常用图象处理物理问题，应用图象的好处是直观、方便，根据已知数据选择坐标轴的标度是作好图象的关键作图象的方法是：用平滑的曲线(或直线)将坐标纸上的各点连结起来，若是直线，应使各点均匀分布于直线上或直线两侧，偏离直线太大的点应舍弃，有时可以通
8、过改变物理量的方法，把曲线变为直线，使图象更直观,实验(二) 验证力的平行四边形定则,【实验目的】 验证力的合成的平行四边形定则 【实验原理】 当两个力共同作用使橡皮条伸长到结点O，一个力作用也使橡皮条伸长到结点O时，这一个力就是前两个力的合力 【实验器材】 方木板一块，弹簧秤两个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉(若干)，三角板，刻度尺，铅笔,【实验步骤】 1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上 2用图钉把橡皮条一端固定在板上的A点，用两条细绳套系在橡皮条的另一端 3用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所示),4用铅笔描下结点O的位
9、置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数在白纸上按比例作出两个弹簧的拉力F1和F2的图示利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F. 5只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F的图示 6比较F与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等,7改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F是否在实验误差允许的范围内相等检查零点外，还需把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌上反向拉动，看它们的示数是否总是相同如果相同，则实验时就可以同时使用这两个弹簧秤读数
10、；如果不相同，则应只用其中一个弹簧秤进行读数(每个分力或合力都用这个弹簧秤读数) 8本实验操作时应使橡皮条、细绳、弹簧秤都与木板平行，以保证它们都在同一个平面上,9要使F与F1和F2的共同作用等效，实验时必须保证橡皮条与细绳的结点前后两次停留在同一位置 10这个实验由于仪器和作图等各种原因会产生一定的误差，即用作图法得出的合力F与F不完全一致如果相对误差在5%以下，则可认为实验是成功的这里的相对误差是指F与F的差值与F的比 11作图时，应先定出力的单位长度，并将此单位长度标注在图上,12为使橡皮条有明显的伸长，两测力计应有较大的示数，同时合力不至于过小或过大，两测力计所拉线之间的夹角一般在60
11、120之间较为合适 13画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外，要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力,【误差分析】 本实验的误差的主要来源除了弹簧秤本身的误差外，还来源于读数误差和作图误差，因此，本实验首先要对弹簧秤的准确与否进行检查，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确地读数和记录，两力的对边一定要平行两个分力之间的夹角越大，用平行四边形定则作图得出的合力的误差也越大，所以实验中不能把该夹角取得太大 本实验允许的误差范围是：力的大小F5%，F与F间的夹角7.,【注意事项】 1在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同 2用两个弹簧测力计钩住细
12、绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60100之间为宜 3读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧与测力计外套、弹簧测力计的限位卡之间有摩擦读数时眼睛要正视弹簧测力计刻度，在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些,4细绳套应适当长一些，便于确定力的方向不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画个射影点，取掉细绳套后，连直线确定力的方向 5将调零后的两个弹簧测力计挂钩互钩后对拉，读数相同为宜 6在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些,(2010福建理综)某实
13、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)，每挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只后，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：
14、解题的关键在于弄清两条图线为什么会错开实验中由于增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度，弹簧无法及时恢复原长，两条图线才会出现差异 答案：D,将橡皮条的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示，这时弹簧测力计的读数可以从图中读出 (1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力大小分别为_N和_N(只需读到0.1 N)； (2)在图乙的虚线方格上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力,解析：(1)由图读出水平方向弹簧测力计的示数为4.0 N，竖直方向弹簧测力计的示数为2.5 N. (2)作图如图所示 答案：见解析,点评：注意弹簧测力计的最小刻度和量程，按题目要求或有效数字规则进行读数，才能得到正确的测量结果；认真作图是得到正确结果的保证，应恰当选取合适的标度,
