3.2.2第2课时　实验：探究弹簧弹力与形变的关系.docxVIP

第2课时实验：探究弹簧弹力与形变的关系

知识点一实验原理、操作和数据处理

知识梳理

1．实验目的

(1)探究弹力与弹簧伸长之间的关系．

(2)学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据．

(3)验证胡克定律，会求弹簧的劲度系数．

2．实验原理

(1)用悬挂法测量弹簧的弹力F

弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等，在弹簧下端悬挂不同的钩码个数，并分别求出重力，从而得到弹簧弹力．

(2)测出弹簧的伸长量x

弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得．

(3)探究弹力和弹簧伸长的关系

建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系．

(4)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＝Fx，即为弹簧的劲度系数；另外在F－x

3．实验器材

铁架台、下端带挂钩的弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸．

4．实验步骤

(1)按如图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.

(2)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＝l－l0表示弹簧的伸长量．

11

22

33

44

55

66

77

F/N

l/cm

x/cm

5.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．

状元随笔F-x图像(x为弹簧伸长量)是过坐标原点的直线，F-l图像(l为弹簧的长度)不过坐标原点，但两图像的斜率均表示弹簧的劲度系数．

(2)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的劲度系数，这个常数也可根据F-x图线的斜率求解，k＝ΔFΔx

6．误差分析

(1)由于弹簧本身重力的影响，直线近似过坐标原点．

(2)刻度尺读数不准确造成测量误差．

7．注意事项

(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度．

(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疏一些，这样作出的图线较为精确．

(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图线上，但应注意一定要使各点均匀分布在图线的两侧．

(5)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位．

重难突破

例1某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验．

(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7.80cm；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量

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量

(3)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________________________________________________________________________

[变式训练1]

某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，所用实验装置如右图所示，所用的钩码每只质量都是30g．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，并将数据填在表中．实验中弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10m/s2.

钩码质量(g)

0

30

60

90

120

150

弹簧总长度(cm)

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

(1)试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系图线．

(2)该图线的函数表达式为F＝________N．

(3)该弹簧的劲度系数k＝________N/m.

(4)图线与横轴的交点的物理意义是___________

___________________________________________________.

(5)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是___________________

重难突破

例2在“探究弹簧弹力与形变量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图甲所示．所挂