1、实验 2 探究弹力和弹簧伸长的关系 -2- 一、实验目的 1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。 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.如图所示 ,弹簧弹力 (F)等于悬挂钩码的重力。 2.弹簧伸长量 (x)等于弹簧的现长 (l)减去原长 (l0)。 3.多测几组 ,找出 F与 x的关系。 -3- 三、实验器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。 四、实验步骤 1.如图所示 ,将铁架台放在桌面上 (固定好 ),弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 ,让其自然下垂 ,在靠近弹簧处将刻度尺 (最小分度为 1 mm)固定于铁架台上 ,并用重垂线检查刻度尺是否竖直。 -4
2、- 2.用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 l0,即原长。 3.在弹簧下端挂质量为 m1的钩码 ,量出此时弹簧的长度 l1,记录 m1和 l1,填入自己设计的表格中。 4.改变所挂钩码的质量 ,量出对应的弹簧长度 ,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。 钩码个数 长度 伸长量 x 钩码 质量 m 弹力 F 0 l 0 = 1 l 1 = x 1 =l 1 - l 0 m 1 = F 1 = 2 l 2 = x 2 =l 2 - l 0 m 2 = F 2 = 3 l 3 = x 3 =l 3 - l 0
3、m 3 = F 3 = -5- 五、数据处理 1.以弹力 F为纵坐标 ,以弹簧的伸长量 x为横坐标 ,建立坐标系 ,选取合适的单位 ,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点 ,得到弹力 F随弹簧伸长量 x变化的关系图象。 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 ,则考虑二次函数等。 3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系 ,解释函数表达式中常数的物理意义。 -6- 六、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处于静止状态 ,否则 ,弹簧弹力有可能与钩码重力不相等。 2.整个实验过程不要超过弹簧的弹性限度。 3.测量有关长度时 ,应区别弹
4、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.描线的原则是 ,尽量使各点落在线上 ,少数点分布于线两侧 ,描出的线不应是折线 ,而应是光滑的曲线。 -7- 七、误差分析 1.系统误差 :钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。 2.偶然误差 : 产生原因 减小方法 弹簧拉力大小的不稳定 弹簧一端固定 , 另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力 , 待稳定后再读数 弹簧长度测量不准 固定刻度尺 , 多测几次 描点、作图不准 坐标轴的标度尽量大一些 , 描点时让尽可能
5、多的点落在线上 , 其余点均匀分布于线的两侧 -8- 考点一 考点二 考点三 实验原理与操作 例 1(2016山东临沂模拟 )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。 -9- 考点一 考点二 考点三 (1)为完成实验 ,还需要的实验器材有 。 (2)实验中需要测量的物理量有 。 (3)图乙是弹簧弹力 F与弹簧伸长量 x的 F-x图线 ,由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。图线不过原点的原因是由于 。 (4)为完成该实验 ,设计的实验步骤如下 : A.以弹簧伸长量为横坐标 ,以弹力为纵坐标 ,描出各组 (x,F)对应的点 ,并用平滑的
6、曲线连接起来 ; B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度 l0; C.将铁架台固定于桌子上 ,并将弹簧的一端系于横梁上 ,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺 ; D.依次在弹簧下端挂上 1个、 2个、 3个、 4个 钩码 ,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度 ,并记录在表格内 ,然后取下钩码 ; -10- 考点一 考点二 考点三 E.以弹簧伸长量为自变量 ,写出弹力与弹簧伸长量的关系式 ,首先尝试写成一次函数 ,如果不行 ,则考虑二次函数等 ; F.解释函数表达式中常数的物理意义 ; G.整理仪器。 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来 。 答案 解析 解析关闭 (1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。 (2)根据实验原理 ,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量 (或对应的弹簧长度 )。 (3)取图象中 (0.5,0)和 (3.5,6)两个点 ,得到曲线的斜率 ,可得 k=200 N/m。由于弹簧自重的原因 ,使得弹簧不加外力时就有形变量。 (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。 答案解析关闭 (1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量 (或对应的弹簧长度 ) (3)200 弹簧自身存在重力 (4)CBDAEFG
