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1、实验实验:探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验目的1.探究弹力与弹簧伸长的关系。2.学会利用图像研究两个物理量之间的关系的方法。二、实验原理1.弹簧的弹力F的测量:弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大小与所挂钩码的重力大小相等,即F=mg。2.弹簧的伸长量x的确定: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,弹簧的伸长量x=l-l0。3.作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像,根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。三、实验器材铁架台、弹簧、刻度尺、钩码若干、坐标纸、铅笔等。探究突破典例剖析随堂检测一、实验步骤1.按图示安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时弹簧的
2、长度l0。2.在弹簧下悬挂一个钩码,平衡时记下弹簧的总长度,并记下钩码的重力。探究突破典例剖析随堂检测3.增加钩码的个数,重复上述实验过程,将数据填入表格。以F表示弹力,l表示弹簧的总长度,x=l-l0表示弹簧的伸长量。探究突破典例剖析随堂检测二、数据处理以弹力F为纵坐标轴,分别以弹簧总长度L和弹簧伸长量x为横坐标轴(如上图所示)作出F-L图像和F-x图像。作图时首先根据测量数据画出各对数据对应的坐标点,再观察所画各点的分布与走向,然后尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),使该曲线(包括直线)经过尽可能多的点,使剩余的点大致均匀分布在曲线两侧,明显偏离曲线的点应舍去。比较作出的图像,易知F-L图
3、像是一条不过原点的直线,F-x图像是一条过原点的直线,F与x存在最简单的正比关系,因此F-x图像最直观地反映了弹力变化的规律。探究突破典例剖析随堂检测三、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。为了减小误差,要尽量多测几组数据。2.弹簧竖直悬挂时,弹簧自身的重力会带来系统误差。为了减小误差,实验中应使用轻质弹簧。四、注意事项1.所挂钩码不要过重,以免超出弹簧的弹性限度。2.测弹簧长度时,一定要把弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量。3.记录数据时要注意弹力和弹簧伸长量的对应关系及单位。4.描点画线时一定让尽量多的点落在曲线上,不在曲线上的点均匀分布在曲线的两侧。5.尽量选用轻质弹
4、簧以减小弹簧自身重力带来的影响。探究突破典例剖析随堂检测类型一、实验误差及注意事项【例1】(1)(多选)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.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D.用几根不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等探究突破典例剖析随堂检测(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,用刻度尺测出弹簧的原长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
5、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下图中的()探究突破典例剖析随堂检测解析:本题主要考查使用弹簧时应注意的问题,还有用图像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,以改变对弹簧的拉力,来探究弹力与弹簧伸长的关系,所以选A、B。(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,所以选C。答案:(1)AB(2)C探究突破典例剖析随堂检测类型二、实验数据处理【例2】下表是某位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所得到的几组数据:(1)算出每一次弹簧伸长量,并将结果填在上表的空格内。
6、(2)在下面的坐标图上作出F-x图线。(3)从F-x图线中得出弹簧的劲度系数k=N/m。探究突破典例剖析随堂检测解析:(1)补充填写的表格如下(2)图像如图所示答案:(1)见解析(2)见解析图(3)43.5(4244之间均可)探究突破典例剖析随堂检测规律方法在探究性实验中,应由实验数据描点,然后作出拟合曲线。只有当拟合曲线为过原点的直线时,才能说所研究的两个物理量成正比。探究突破典例剖析随堂检测12341.探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂15N重物时,弹簧长度为0.16m;悬挂20N重物时,弹簧长度为0.18m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为()A.L0=0.02mk=500
7、N/mB.L0=0.10mk=500N/mC.L0=0.02mk=250N/mD.L0=0.10mk=250N/m解析:由F=kx得15=k(0.16-L0)和20=k(0.18-L0)。联立得L0=0.10m,k=250N/m,D项正确。答案:D探究突破典例剖析随堂检测12342.(多选)如图甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连,当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像(如图乙)。则下列判断正确的是()A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C.该弹簧的劲度系数是200N/m
8、D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变探究突破典例剖析随堂检测1234解析:由F=kx得F=kx,故B对;k= =200N/m,C对;弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的,与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关,D对。答案:BCD探究突破典例剖析随堂检测12343.一个实验小组在“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的图像如图所示。下列表述正确的是()A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.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:当F=0时弹簧的长度等于原长,由图像l1k2,选项B正确,C错误;弹力与弹簧的长度是一次
9、函数关系,选项D错误。答案:B探究突破典例剖析随堂检测12344.某同学在探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间的关系时,实验步骤如下:将弹簧平放在水平桌面上自然伸长时,测出其长度为原长将弹簧竖直悬挂好,在下面依次挂上1个、2个、3个相同的钩码,并量出弹簧相应的长度l1、l2、l3填写下表:画出F-x图像如图所示探究突破典例剖析随堂检测1234问:(1)该图线未过原点的原因是什么?(2)BC段为曲线的原因可能是什么?(3)还能利用该图像计算弹簧劲度系数吗?解析:(1)该图线未过原点的原因是在步骤中,弹簧原长测量错误,应将弹簧竖直悬挂自然伸长后进行测量。(2)BC段为曲线,可能由于此时弹簧已经超过了弹性限度。(3)还能利用该图像的直线AB段来计算,其斜率大小即为劲度系数。答案:见解析
