《高中物理实验基础与实战：2.探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理实验基础与实战：2.探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。【实验目的】【实验目的】1探索弹力与弹簧伸长的定量关系 2学习通过对实验数据的数学分析（列表法和图像法），探究弹簧产生的弹力与弹簧伸长之间的变化规律 【实验原理】【实验原理】通常用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等这样弹力的大小可以通过测定外力而得出；弹簧的伸长量可用直尺测出多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系（弹簧受到拉力会伸长，平衡
2、时弹簧产生的弹力和外力大小相等，弹簧的伸长越大；弹力也就越大。）【实验器材】【实验器材】弹簧，相同质量的砝码若干，铁架台一个（用来悬挂弹簧），刻度尺。【实验步骤】【实验步骤】（1）将铁架台放在实验桌上，将弹簧悬挂在铁架台上。弹簧竖直静止时，测出弹簧的原长 l0，并填入实验记录中。（2）依次在弹簧下挂上一个砝码、两个砝码、三个砝码。每次，在砝码处于静止状态时，测出弹簧的总长或伸长，并填入实验记录中。（3）根据测得的数据，以力 F 为纵坐标，以弹簧的伸长量 l 为横坐标，根据表中所测数据在坐标纸上描点。2 （4）作弹簧的 F-l 图像。按照坐标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
3、）。所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。（5）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 （6）解释函数表达式中常数的物理意义。【实验数据记录和处理】【实验数据记录和处理】弹簧原长 l0=_m 弹簧的弹力 F（N）弹簧总长 l(m)弹簧伸长 l（m）1 2 3 4 5 6 弹簧 F-l 实验图像：【实验结论】【实验结论】弹簧弹力大小跟弹簧伸长长度的函数表达式 。可见，在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比（胡克定律）。【问题与讨论】【问题与讨论】1上述函数表达式中常数的物理意义 2如果以弹簧的总长为自变量，所写
4、出的函数式应为 3某同学在做实验时得到下列一组数据，他由数据计算出弹簧的劲度系数为 弹簧长度 l(cm)5.00 5.60 6.21 6.82 7.48 8.20 m/N781020.35.2lFk23 砝码重力 F(N)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 试分析他对数据处理的方法是否正确？为什么？4根据测量数据画出 Fx 图象：Fx 图象的斜率的物理意义为弹簧的劲度系数 k.第一象限的图象表示拉伸弹簧时弹力与弹簧伸长量的关系；第三象限的图象表示压缩弹簧时弹力与弹簧压缩量的关系 5得出实验结论：在弹性限度内，弹簧的弹力 F 和弹簧的形变量 x 成正比，即 Fkx，这就是胡克定律其中 x
5、 为弹簧伸长或缩短的长度(弹簧的形变量)；k 为弹簧的劲度系数 注意事项：注意事项：(1)给弹簧施加拉力不要太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度(2)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【基础练习】【基础练习】某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是 30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。（弹力始终未超过弹性限度，取 g=9.8m/s2）试根据这些实验数据在下图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小 F 跟弹簧总长 L砝码质量(
6、g)0306090120150弹簧总长L(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小F(N)4 之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度系数 k 是多大?【基础练习答案】【基础练习答案】【实战提升实战提升】1(原创题)在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，我们一般所采用的弹簧，其本身所受的重力相对钩码的重力来说很小，可忽略，称之为轻弹簧小华用如图所示的实验装置来完成此实验在实验过程中他错拿了弹簧，他所选用的弹簧本身所受的重力不能忽略钩码的重力用 F 来表示，弹簧的形变量用 x 来表示，根据测量得到的数据他画出了
7、 Fx 图象请问图象经过坐标原点吗？假若不经过，图象与横坐轴、纵坐轴的截距表示的物理意义是什么？图象中的斜率的物理意义又是什么？【答案】如果没有特殊要求，高中物理中所涉及的弹簧模型都认为是轻弹簧但本题中已说明弹簧本身所受的重力不能忽略，故不能认为是轻弹簧 设弹簧本身所受的重力为 F0，本题中的纵坐标表示钩码的重力 F，横坐标表示弹簧的形变5 量 x，则弹簧的弹力 F弹FF0kx，得 FkxF0，画出 Fx 图象如右图所示所以图象不经过坐标原点，图象与纵坐标的截距大小表示的是弹簧本身所受的重力大小为 F0，与横坐标的截距大小表示的是 F0/k.图象中的斜率的物理意义为弹簧的劲度系数 k.2【20
8、15 全国（重庆卷）】同学们利用如题 6 图 1 所示方法估测反应时间。首先，甲同学捏住直尺上端，使直尺保持竖直状态，直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时，立即用手指捏直尺，若捏住位置的刻度读数为，则乙同学的反应时间为 （重力加速度为）。基于上述原理，某同学用直尺制作测量反应时间的工具，若测量范围为 00.4s，则所用直尺的长度至少为 cm（取 10m/s2）；若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线，则每个时间间隔在直尺上对应的长度是 的（选填“相等”或“不相等”）.3（2014 年年 大纲卷大纲卷）【题号：【题号：3200000008】22(6 分)现用
9、频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是 10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的 5 个连续影像间的距离依次为 x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度 h 和斜面的长度 s。数据如下表所示。重力加速度大小 g9.80m/s2。xgg6 根据表中数据，完成下列填空：物块的加速度 a m/s2(保留 3 位有效数字)。因为 ，可知斜面是粗糙的。4（2014 广东卷广东卷）【题号：【题号：3200000195】（2）（10 分）某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，如图 23（a
10、），将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数 k=N/m，（g 取 9.8m/s2）砝码质量（g）50 100 150 弹簧长度（cm）8.62 7.63 6.66 取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图 23（b）所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小 。用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量 x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度 v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为 。重复中的操作，得到 v 与 x 的关系如图 23（c），由图可知，v 与 x 成 关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能
11、与弹簧的 成正比。7 5（2014 年年 全国卷全国卷 2）【题号：【题号：3200000040】23(9 分)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（a）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指同 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，取重力加速度为 9.80）。已知实验所用
12、弹簧总圈数为 60，整个弹簧的自由长度为 11.88cm。P1 P2 P3 P4 P5 P6 x0（cm）2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01 x（cm）2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41 n 10 20 30 40 50 60 k（N/m）163 56.0 43.6 33.8 28.8 2sm8 1/k（m/N）0.0061 0.0179 0.0229 0.0296 0.0347 （1）将表中数据补充完整：，。（2）以 n 为横坐标，1/k 为纵坐标，在图（b）给出的坐标纸上画出 1/k-n 图像。（3）图（b）中画出的直线可以近似认为通过原点，若从试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）的关系表达式为 k=N/m
