实验2弹力与弹簧伸长的关系

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1、实验2:弹力与弹簧伸长的关系【实验目的】探究弹力与弹簧伸长量的关系,培养实验探究能力.【实验器材】铁架台、弹簧、钩码、天平、刻度尺、坐标纸.【实验原理】弹簧悬挂重物静止时,弹簧的弹力跟重物所受的重力大小相等,测出每次悬挂重物的重力大小F和弹簧伸长量x,建立F—x坐标系,描点作图,即可得出F和x的关系.【实验步骤】1.测量弹簧的伸长(或总长)及所受的拉力(或所挂砝码的质量),列表作出记录,要尽可能多测几组数据.2.根据所测数据在坐标纸上描点,最好以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标.3.按照图中各

2、点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线).4.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数.5.解释函数表达式中常数的物理意义.【数据处理】根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧伸长为横坐标.按照图中各点的分布与走向,尝试作一条平滑的曲线(包括直线),如果所画的点不在同一条曲线上,那么应该使曲线两边的点数大致相同.根据图象形状,利用数学知识,写出以弹簧伸长为自变量,弹力为函数的函数关系式.理解函数表达式中常数的物理意义.本实验最终得到弹力与弹簧伸长量之间的关系,在误差范围内有

3、F=kx,其中F为弹力,x是弹簧伸长量,k是一个由弹簧决定的物理量.【注意事项】1.实验中不能挂过多砝码,以免超过弹簧的弹性限度.2.所描的点不一定都在作出的曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同.3.写出曲线所代表的函数时,可首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.【例1】以下是某同学所进行的“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验步骤:①将一个弹簧的上端固定在铁架台上,竖直悬挂起来,在弹簧下挂一个钩码,记下钩码的质量m1,此时弹簧平衡时,弹力大小为F1=m1g,并用刻度尺测量出此时弹簧的长度L

4、1,并记录到表格中.②再增加钩码,重复上述的操作,逐渐增加钩码的重力,得到多组数据.③以力F为纵坐标,以弹簧的长度x为横坐标,根据所测的数据在坐标纸上描点.④按坐标纸上所描各点的分布与走向,作出一条平滑的曲线(包括直线).⑤根据图线的特点,分析弹簧的弹力F与弹簧长度x的关系,并得出实验结论.以上步骤有3处不合理,请将不合理的地方找出来并进行修正.【思路剖析】(1)弹簧的形变量是指什么?答指弹簧受到拉力或压力时的长度与弹簧原长的差值.(2)弹簧在使用时应注意些什么?答一定不能超出弹簧的弹性限度,因

5、为超出了弹簧的弹性限度,弹簧受到的力就已经不满足跟弹簧的形变量成正比的关系了,本实验中还要注意弹簧要竖直.(3)为什么测量的数据要尽量多一些?答这样可以有效地减少误差.(4)画图线时,应注意些什么?答应使尽可能多的点落在图线上,不在图线上的点应对称分布在图线两侧,偏差太远的点要舍去.(5)本实验中第一步应先测量弹簧原长还是先悬挂?为什么要测量原长?答因为弹簧的自重要影响弹簧的长度,因此应该先悬挂,再测量弹簧原长;因为本实验探究的是弹簧受到的拉力与弹簧伸长量的关系,知道原长,便于求出弹簧的改变量.

6、答案以上步骤中第①、②、③步不合理.第①步还应该测出弹簧的原长L0;第②步在增加砝码时要取下砝码,看弹簧是否能恢复原长;第③步,应该以弹簧的形变量为横坐标,因为探究的是弹力和弹簧伸长的关系.【例2】某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重力加速度g=9.8m/s2)(1)根据所测数据,在图上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线.砝码质量m/

7、10-2g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律.这种规格的弹簧劲度系数为N/m.【思路剖析】(1)表格中的数据各表示什么意思?第一组数据表示什么意思?答第一行间接表示弹簧受到的拉力,第二行表示各拉力所对应的弹簧长度.拉力为0时的弹簧长度,即弹簧的原长.(2)坐标纸的横、纵坐标各表示什么物理量

8、?纵坐标为什么不从0开始?答横坐标表示砝码的质量,间接反映弹簧受到的拉力,纵坐标表示弹簧的长度,它不是弹簧的形变量(注意看清单位).便于各组数据尽量均匀地分布在坐标系里.(3)描点后连线时应注意些什么?答注意所画的线不一定过所有的点,但应尽量使各点较均匀地分布在曲线或直线的两侧,描点时要符合客观实际,“曲”、“直”要分明.(4)描出的点为什么变弯了(如图)?答因为后面的拉力超出了弹簧的弹性限度.(5)如何处理数据?答从描出的图象看,拉力大于490g后变弯,说明以后的数据在分析时要舍去,进行计算时