实验二.探究弹力与弹簧伸长的关系

1.探索弹力和弹簧伸长的定量关系。2.培养学生进行实验研究的科学方法——利用列表法和图象法处理实验数据。实验目的——铁架台、弹簧、砝码、刻度尺、重锤线、坐标纸、三角板实验仪器——实验原理——弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力(所挂钩码的重力)大小相等，弹簧的伸长越大，弹力也就越大。实验步骤——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、如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中．3、改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.数据处理——1、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．2、以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．斜率即为劲度系数k，其大小与弹簧的粗细和长短及硬软有关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的物理意义．误差分析——1、本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。但同时因钩码标值不准确，也会造成误差。2、弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，应尽量精确地测量弹簧的长度．3、在F－x图象上描点、作图连线时不准确也会造成误差．注意事项——1、每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等．且用重锤线检查刻度尺是否竖直，不能用手拉弹簧，让弹簧处于自然竖直状态去测量。2、增加钩码时，注意不要超过弹簧的弹性限度．3、测量有关长度时，应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．4、建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小．5、描线时尽量使各点落在线上，不能落在线上的点均匀分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线．6、记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.1、若将弹簧水平放置时自然伸长的长度作为原长，作出的F-x图线将如何？典型问题3、若实验中所挂钩码越来越重，超出了弹簧的弹性限度，作出的图线又如何？x轴上的截距是因为弹簧自身的重力而引起2、若误将弹簧的长度作为横坐标，作出的图线又如何？弹簧原长x0实验设计给你一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知质量的钩码，你能测定某个不太重的物体的重力吗？例1、(2012广东)某同学探究弹力和弹簧伸长的关系．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10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表.课堂练习竖直注意弹簧下端的砝码盘P·33·静止刻度尺的估读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________．③图1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”)．Lx例2、在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图中，请作出F－L图线；(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝_____cm，劲度系数k＝_____N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．优点在于：________________________________________；缺点在于：________________________________________.课堂练习可以避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差520P·33·课堂练习截距为弹簧原长远点舍弃斜率为弹簧劲度系数k例3、(2010浙江)在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧．为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m＝0.1kg，取g＝10m/s2)，并记录绳下端的坐标X加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，绳下端的坐标的平均值Xi＝(X加i+X减i)/2的数据如下表：(下标i表示挂在绳下端钩码个数)小于课堂练习(1)同一橡皮绳的X加i_______X减i(填“大于”或“小于”)；(2)________同学的数据更符合实验要求(填“甲”或“乙”)；(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k___(N/m)；(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？乙尽可能使伸长量在弹性限度范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量的误差57～70根据相邻数据的差值例4、(2010福建)某实验小组在做研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系的实验时，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Δl与拉力F关系的图象如图所示．从图象中可以得出_____．(填选项前的字母)A.增挂钩码时Δl与F成正比,而减挂钩码时Δl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D课堂练习P·33·课堂练习(0.248～0.262)例5、(2011安徽)为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图上标出．(g=9.8m/s2)(1)作出m－l的关系图线；(2)弹簧的劲度系数为__________N/m（结果保留三位有效数字）