第4章 實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系

1、.實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究彈簧伸長量與彈力之間的關(guān)系2學(xué)會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二、實(shí)驗(yàn)原理1用懸掛法測量彈簧的彈力F彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時，彈力大小與所掛的鉤碼的重力相等，即Fmg.2測出彈簧的伸長量x彈簧的原長l0與掛上鉤碼后彈簧的長度l可以用刻度尺測出，其伸長量xll0.3探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組x，F(xiàn)對應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力和彈簧伸長量的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺、下端帶掛鉤的彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙.一、實(shí)驗(yàn)步

2、驟1如圖1所示，將彈簧上端固定在鐵架臺上，在彈簧旁邊固定一刻度尺，刻度尺的零刻度線與彈簧的上端重合讀出彈簧的原長l0填入下表圖12在彈簧下掛一個鉤碼，測出彈簧的總長度l1.然后再在彈簧下掛一個鉤碼，測出彈簧的總長度l2將各次彈簧總長度計入下表相應(yīng)的表格內(nèi)3根據(jù)每個鉤碼的質(zhì)量計算出其重力彈簧的彈力的大小等于所掛鉤碼的重力，即F1mg、F22mg、F33mg將各次彈簧彈力大小填入下表相應(yīng)表格內(nèi)實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234567拉力F/N彈簧總長度l/cm彈簧伸長x/cm彈簧原長l0/cm二、數(shù)據(jù)處理1.圖像法：以彈力F大小等于所掛鉤碼的重力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖連接各點(diǎn)，得出彈力F隨

3、彈簧伸長量x變化的圖線可以發(fā)現(xiàn)Fx圖線是一條過原點(diǎn)的直線2函數(shù)法：彈力F與彈簧的伸長量x應(yīng)滿足函數(shù)Fkx的關(guān)系三、誤差分析四、本卷須知1所掛鉤碼不要過重，以免彈簧超出它的彈性限度2每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更準(zhǔn)確3測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量4記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位5盡量選用輕質(zhì)彈簧以便能忽略自身重力的影響.實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)器材和步驟某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)圖2圖2甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時

4、彈簧的伸長量l為_cm；本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，以下選項中標(biāo)準(zhǔn)的做法是_；填選項前的字母A逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重B隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量l與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_.【解析】彈簧伸長后的總長度為14.66 cm，那么伸長量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm.逐一增掛鉤碼，便于有規(guī)律地描點(diǎn)作圖，也可防止因隨意增加鉤碼過多超過彈簧的彈性限度而損壞彈簧AB段明顯偏離OA，伸長量l不再與

5、彈力F成正比，是超出彈簧的彈性限度造成的【答案】6.93A彈簧受到的拉力超過了其彈性限度實(shí)驗(yàn)探究2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理某同學(xué)在探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系時，設(shè)計了如圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，然后在彈簧下端依次掛1、2、3、4、5個鉤碼，待靜止時，測出彈簧相應(yīng)的總長度每只鉤碼的質(zhì)量都是10 g實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示彈力始終未超出彈簧的彈性限度，g取10 N/kg鉤碼質(zhì)量/g01020304050彈簧總長度/cm5.005.506.006.507.007.50彈力大小/N00.10.20.30.40.5甲乙圖31試根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度

6、l之間的函數(shù)關(guān)系圖象2圖象在l軸上的截距的物理意義是_該彈簧的勁度系數(shù)k_N/m. 【導(dǎo)學(xué)號：21862022】【解析】1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)、連線，所得Fl圖象如下圖2圖象在l軸上的截距表示彈簧原長由圖象可知，彈簧的勁度系數(shù)應(yīng)等于直線的斜率，即k20 N/m.【答案】1見解析圖2表示彈簧原長20實(shí)驗(yàn)探究3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度圈數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度設(shè)彈簧下端未掛重物時

7、，各指針的位置記為x0；掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x.測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm.圖4P1P2P3P4P5P6x0cm2.044.066.068.0510.0312.01xcm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060kN/m16356.043.633.828.8m/N0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 71將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完好：_，_.2以n為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，在圖5給出的坐標(biāo)紙上畫出n圖象圖53圖5中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點(diǎn)假設(shè)從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k_N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0單位為m的關(guān)系的表達(dá)式為k