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1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题,一、实验目的 1.探究弹力与 的定量关系. 2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据. 二、实验原理 1.弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到的外力有关.沿着弹簧伸长的方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是 的. 2.用悬挂法测量弹簧的弹力所运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力大小 这一原理.,弹簧伸长量,相等,相等,3.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算,这样就可以探究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了. 三、实
2、验器材 轻质弹簧(一根)、钩码(一盒)、铁架台、铅垂线、坐标纸、 .,毫米刻度尺,四、实验步骤 1.如图S2-1所示,将铁架台放在桌面上(固定好),将弹簧的 一端固定于铁架台的横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺(分 度为1 mm )固定于铁架台上,并用 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 后,记下弹簧 下端所对应的刻度L1.,铅垂线,图S2-1,静止,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xn=Ln-L0计算出弹簧下端挂1个、2个、3个钩码时弹簧的
3、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 为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标. 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).所描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.以弹簧的伸长量为自变量,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.,弹簧弹力,热点一 实验原理与实验操作,例1 在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测量弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图S2-2甲所示.所用的每个钩
4、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,每次测量相应的弹簧的总长度.,图S2-2,(1)某同学通过以上实验测量后把6组实验数据描点在图乙中,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,帮他设计一个记录实验数据的表格.(不必填写实验测得的具体数据) (4)该同学实验时,把弹簧水平放置,与弹簧竖直悬挂相比较: 优点在于: ; 缺点在于: .,答案 (1)如图所示 (2)5.0 20 (3)略 (4)可以避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子
5、与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差, 要点总结,(1)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸而超过弹簧的弹性限度. (2)要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据.,热点二 数据处理与误差分析,例2 2018南平模拟 某实验小组用如图S2-3所示的装置测量弹簧的劲度系数k.每当挂在弹簧下端的钩码(每个钩码质量均为m=50 g)处于 静止状态时,用刻度尺测出对应的弹簧长度L(弹簧始终在 弹性限度内),列表记录如下:,图S2-3,(1)表格中第二组数据的弹簧长度如图所示,则弹簧长度为 cm. (2)用所学知识尽量精确计算出每挂一个钩码弹簧伸长量L= cm,并由F=kL计算出弹簧的劲度系数k=
6、 N/m.(g取9.8 m/s2,结果保留三位有效数字),答案 (1)11.60 (2)1.48 33.1, 要点总结,1.图像法处理实验数据的要点 (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. (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.,2.实验数据处理的方法 (1)列表法:将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的. (2)
7、图像法:以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据对应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线. (3)函数法:弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系.,1.2018太原期末 在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验中,在竖直悬挂的弹簧下面加挂钩码,使弹簧逐渐伸长, 得到数据见下表: (1)由表中数据在图S2-4的坐标系 中作出F-x 图像; (2)由图线可知,弹力F与弹簧伸长量x 的关系是 . (3)由图线可求得弹簧的劲度系数 k= N/m.,图S2-4,2.某同学要探究弹力和弹簧伸长的关系,并测量弹簧的劲度系数k,做法是:先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将毫米刻度尺竖
8、直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上,当弹簧自然下垂 时,指针指示的示数记作l0,弹簧下端每增加一 个50 g的砝码时,指针示数分别记作l1、l2、l3、 l4、l5.g取9.8 m/s2. (1)下表记录的是该同学测出的5个值,其中l0 未记录.以砝码的数目n为纵轴,以弹簧的长度 l为横轴,根据表格中的数据,在图S2-5的坐标纸中作出n-l图线.,图S2-5,(2)根据n-l图线可知弹簧的劲度系数k= N/m. (3)根据n-l图线可知弹簧的原长l0= cm.,3.某同学利用如图S2-6所示装置来研究弹簧弹力与形变的关系,设计的实验如下:A、B是质量均为m0的小物块,A、B间
9、用轻弹簧相连,A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连,挂钩上可以挂上不同质量的物体C,物块B下放置一压力传感器.物体C右边有一个竖直的直尺,可以测出挂钩下移的 距离.整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度g 取9.8 m/s2.实验操作如下: 不悬挂物体C,让系统保持静止,确定挂钩的位置O,并 读出压力传感器的示数F0;,图S2-6,每次挂上不同质量的物体C,用手托住,缓慢释放,测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离x1,并读出相应的压力传感器的示数F1; 以压力传感器示数为纵轴,挂钩下移的距离为横轴,根据每次测量的数据,描点作出F-x图像如图S2-7所示. 由图像可知,弹簧劲度系
10、数k= N/m.,图S2-7,4.2018四川联考 某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系,做了如下实验: 如图S2-8所示,将白纸固定在制图板上,橡皮筋一端固定在O点,另一端A系一小段轻绳(带绳结),将制图板竖直固定在铁架台上. 将质量为m=100 g的钩码挂在绳结上,静止时描下橡 皮筋下端点的位置A0;用水平力拉A点,使A点在新的位 置静止,描下此时橡皮筋下端点的位置A1;逐渐增大水 平力,重复5次,图S2-8,1.用如图所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系.轻弹簧上端固定一个力传感器,然后固定在铁架台上,当用手向下拉伸弹簧时,弹簧的弹力可从传感器读出.用刻度尺可以测量弹簧原长和
11、伸长后的长度,从而确定伸长 量.测量数据如下表所示:,(1)以x为横坐标,F为纵坐标,在如图的坐标纸上描绘出能够正确反映弹力与伸长量关系的图线. (2)由图线求得该弹簧的劲度系数 为 (保留两位有效数字)N/m.,2.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系. (1)实验中还需要的测量工具是 . (2)如图乙所示,根据实验数据绘图, 纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的 形变量x.由图可知,图线不过原点 的原因是 ;弹簧的劲度系数 k= (结果保留2位有效数 字,重力加速度g取9.8 m/s2)N/m.,(3)如图丙所示,实验中用两根不同的
12、弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像,下列说法正确的是 (填选项前的字母). A.a的原长比b的大 B.a的劲度系数比b的大 C.a的劲度系数比b的小 D.弹力与弹簧长度成正比,3.把两根轻质弹簧连起来测量它们各自的劲度系数,如图甲所示. (1)未挂钩码之前,指针B指在刻度尺的位置如图乙所示, 记为 cm. (2)将质量为50 g的钩码逐个挂在弹簧的下端,逐次记录 两弹簧各自的伸长量;所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸 长量x可描绘出如图丙所示的图像,由图像可计算出弹簧 的劲度系数k2= N/m.(重力加速度g取9.8 m/s2),(3)图丙中,当弹簧的伸长量超过17 cm时其图线为曲线,由此可知,挂上第 个钩码时,拉力已经超过它的弹性限度,这对测量弹簧的劲度系数 (选填“有”或“没有”)影响.(已知弹簧的 弹性限度足够大),