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1、实验一:探究弹簧伸长量与弹力的关系 栏目导航实验基础 实验探究 典例剖析 实验基础 一、实验目的 1.探究弹簧伸长量与弹力之间的关系. 2.学会利用列表法、 图象法、 函数法处理实验数据. 二、实验原理 1.用悬挂法测量弹簧的弹力F 弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大小与所挂的钩码的重力相等,即 F=mg. 2.测出弹簧的伸长量x 弹簧的原长 l0与挂上钩码后弹簧的长度l 可以用刻度尺测出,其伸长量 x=l-l0. 3.探究弹力和弹簧伸长量的关系 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
2、图线,就可探知弹力和弹簧伸长量的关系 . 三、实验器材 铁架台、下端带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸. 一、实验操作 【问题探究】 1.实验中测弹簧原长时,将弹簧放在水平面上测量行吗?应怎么测量? 答案:不行.弹簧的自重会对实验有影响,将弹簧竖直悬挂好后测量. 实验探究 2.实验中,挂钩码的质量越大越好吗?应注意什么? 答案答案: :每次挂钩码时,质量的差距应大些,但要注意钩码的重量不要过重,以免超出弹簧的弹性限度. 【实验步骤】 1.如图所示,将弹簧上端固定在铁架台上,在弹簧旁边固定一刻度尺,刻度尺的零刻度线与弹簧的上端重合.读出弹簧的原长 l0填入下表. 2.在弹簧下挂一个钩码,测出弹簧
3、的总长度 l1.然后再在弹簧下挂一个钩码,测出弹簧的总长度 l2将各次弹簧总长度计入下表相应的表格内. 3.根据每个钩码的质量计算出其重力.弹簧的弹力的大小等于所挂钩码的重力,即F1=mg、F2=2mg、F3=3mg将各次弹簧弹力大小填入下表相应表格内. 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 拉力 F/N 弹簧总长度l/cm 弹簧伸长 x/cm 弹簧原长 l0/cm 4.建立平面直角坐标系,纵轴表示弹簧弹力F,横轴表示弹簧伸长量 x,根据表中数据描点,画出 F x 图象. 5.通过图象分析弹力与弹簧伸长量的关系,由坐标系上得到的 F x 图象(一条过原点的直线)可知:弹力 F 与弹簧伸长量 x
4、 成正比. 二、误差分析 产生原因 减小方法 测弹簧长度的读数不准 钩码静止,眼睛平视 偶然 误差 描点画图不准 点描小些,画图时点尽可能在线上,不在线上的点尽可能分布一线两侧 系统误差 弹簧自重 选轻质弹簧 实验操作的考查 【典例研习 1】 (1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,以下说法正确的是( ) A.弹簧被拉伸时,可以超出它的弹性限度 典例剖析 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量的关系”
5、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,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图象可能是如图所示图线中的( ) 解析:(1)本实验以一根弹簧为研究对象,在弹性限度内通过增减钩码的数目,以改变对弹簧的拉力,来探究弹力与弹簧伸长量的关系,所以选项 B 正确,A、C、D 错误. (2)由于弹簧自重的影响,当不挂钩码时,弹簧伸长量不为零.即在图象的横轴上出现截距,选项 C 正确. 答案:(1)B (2)C 对于实验操作过程设置的题目,往往会涉及对实验中的误差原因、注意事项的
6、理解. 实验注意事项及数据 处理 【典例研习 2】 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 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 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
7、 . (3)如图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9.8 m/s2). 解析解析: :(1)当弹簧轴线与刻度尺竖直平行时,刻度尺读数才能准确反应弹簧的长度及长度的变化,故都应在竖直方向. (2)(2)当弹簧静止时, ,刻度尺读数才准确, ,题题中中 L L3保留小数点后一位, ,应保留两位, ,所以所以L L3记录不规范, ,刻度尺的精确度为 1 mm,1 mm,所所以最小分度为 1 mm.1 mm. (3)(3)由题图可知
8、, ,在纵轴每增加 0.01 g0.01 g 时时, ,横轴横轴x x 的增加量为 2 21010-2m,而且弹簧长度而且弹簧长度L L1与与L L0的差值为的差值为4 410-2m,m,所以横轴是弹簧所以横轴是弹簧长度与长度与 L Lx的差值. . (4)(4)由题图可知由题图可知, ,弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速度的乘积, ,即即k=?3260 10109.8N/m12210?=4.9 N/m,N/m,砝码盘的质量砝码盘的质量 m m0 0= =?0xk LLg?=10 g.=10 g. 答案答案: :(1)竖直 (2)静止 L3 1 mm (3)Lx (4)4.9 10 在物理学中经常用图象处理问题,应用图象的好处是:直观、方便.应用图象处理问题应注意:(1)图象斜率的意义(或曲线切线斜率的意义);(2)图象与纵轴、横轴交点的物理意义. 点击进入课后作业
