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1、实验二探究弹力和弹簧伸长的关系【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。【实验原理】1.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。2.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。【实验器材】铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码若干、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸。【实验过程】1.仪器安装:如图所示,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(最小分度为1mm)固定于铁架台上,并
2、用重垂线检查刻度尺是否竖直。2.测量与记录:(1)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0,即弹簧的原长。(2)在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l,求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。(3)改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在下列表格中。记录表:弹簧原长l0=cm。次数内容123456拉力F/N弹簧总长l/cm弹簧伸长量x/cm【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表达式
3、,并解释函数表达式中常数的物理意义。【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,描线时让尽可能多的点落在线上或均匀分布于线的两侧【注意事项】1.安装实验装置:要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2.不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超过弹簧的弹性限度。3.尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。4.观察所描点的走向:不要画折线。5.统一单位:记
4、录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。热点一 对实验原理和误差分析的考查【典例1】(2015·福建高考)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 世纪金榜导学号42722041(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为cm。(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是。(填选项前的字母)A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)
5、图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是。【解题指导】(1)命题立意:本题主要考查实验原理和实验误差。(2)解题关键:解答本题应关注以下三点:①刻度尺读数时,对有效数字的要求。②逐一增挂钩码和随意增减钩码对实验带来的影响。③从实验注意事项的角度分析图象弯曲的原因。【解析】(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2=14.66cm,Δl=l2-l1=6.93cm。(2)为防止弹簧超出弹性限度应逐渐增加钩码的重量,故选A。(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,主要原因是钩码重力超出弹簧的弹性限度。答案:(1)6.93(2)A(
6、3)超出弹簧的弹性限度【强化训练】如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m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)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。图线不过原点是由于。(4)为完成该实验,设计实验步骤如下: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
7、、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;E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式,首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;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:。【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量;(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量
