实验-探究弹簧伸长量与-弹力的关系.doc
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1、|实验:探究弹簧伸长量与弹力的关系一、实验目的1探究弹力与弹簧伸长的关系。2学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据。3验证胡克定律。二、实验原理1如图 1 所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。图 12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。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。3求弹簧的劲度系数:弹簧的弹力 F 与其伸长量 x 成正比,比例系数 k ,即为弹簧的Fx劲度系数;另外,在 Fx 图象中,直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。
2、四、实验步骤1按图 2 安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度 l0。图 22在弹簧下端悬挂一个钩码,平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。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 ll 0 表示弹簧的伸长量。1 2 3 4 5 6 7|F/N 0l/cmx/cm 0五、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,如图 3 所示。图 32以弹簧伸长量为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系,函数表达式中常数即为弹簧
3、的劲度系数,这个常数也可据 Fx 图线的斜率求解,k 。Fx六、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作,存在较大的测量误差,另外由于弹簧自身的重力的影响,即当未放重物时,弹簧在自身重力的作用下,已经有一个伸长量,这样所作图线往往不过原点。 七、注意事项1所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度。2每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀一些,这样作出的图线精确。3测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大误差。4描点画线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。5记录数
4、据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。预习完成后,请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 3|要点 实验原理及实验操作例 1 某同学探究弹簧伸长量与弹力的关系。(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 3
5、7.40 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_。(3)图 4 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”)。图 4(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 (1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起,所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)弹簧静止时,记录原长 L0;表中的数据 L3与其他数据有效数字位数不同,所以数据 L3不规范,标准数据应读至厘米位的后两位,最后一位应为估计值,精确至 mm
6、位,所以刻度尺的最小分度为 1 mm。(3)由题图知所挂砝码质量为 0 时,x 为 0,所以 xLL x。|(4)由胡克定律 Fk x 知, mgk(LL x),即 mgkx,所以图线斜率即为 ,kg mx则弹簧的劲度系数 k N/m4.9 N/m 。mgx 60 1010 39.812 210 2同理砝码盘质量m kgkLx L0g 4.927.35 25.3510 29.80.01 kg10 g。答案 (1)竖直 (2) 静止 L3 1 mm (3) Lx(4)4.9 10要点 实验数据处理例 2 一位同学做“探究弹簧伸长量与弹力的关系”所测的几组数据见下表,请你根据表中数据作出分析。弹力
7、 F/N 0.5 1.0 1.5 2.0弹簧原来长度L0/cm15.0 15.0 15.0 15.0弹簧后来长度 L/cm 16.0 17.1 17.9 19.0弹簧伸长量 x/cm(1)算出每一次弹簧的伸长量,并将结果填在表中的空格内。(2)在坐标图上作出 Fx 图线。图 5(3)写出图线的函数表达式(x 用 cm 作单位):_。(4)函数表达式中常数的物理意义:_。解析 (1)弹力 F/N 0.5 1.0 1.5 2.0|弹簧伸长量x/cm1.0 2.1 2.9 4.0(2)根据表格数据在 Fx 坐标图上描点,根据描的点作直线,使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直线两侧)。(
8、3)根据(2)中的 Fx 图线知,F 与 x 是正比例函数,设表达式为 Fkx,将 F0.5 N、x1.0 cm 代入得k0.5 N/cm,故函数表达式为 F0.5x(N)。(4)函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数。答案 见解析要点 创新实验例 3 在“探究弹簧伸长量与弹力的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图 6 所示。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。图 6(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 7 中,请作出 FL 图线。图 7(2
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