实验探究弹力和弹簧伸长量间的关系

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1、第四节　实验(1):探究弹力和弹簧伸长量的关系基础梳理整合方法探究突破基础梳理整合◎构建能力大厦的奠基石◎一、实验目的探究弹力与弹簧伸长量的定量关系,学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据,培养实验探究能力。二、实验原理如图所示,在弹簧的下端挂上钩码,当钩码静止时,弹力等于钩码的重力,弹簧的长度可用刻度尺测出。改变钩码的个数,可以改变弹力和弹簧的长度。多测几组数据,用列表和作图的方法探究弹力与弹簧伸长量的定量关系。三、实验器材铁架台,弹簧,钩码,天平,刻度尺,坐标纸,铁夹等。四、实验步骤1.按实验原理图安装

2、实验装置。2.不挂钩码时,测出弹簧的长度l0。3.用天平测出一个钩码的质量m。4.在弹簧的下端依次挂1个、2个……钩码,测出弹簧对应的长度l,记录钩码个数及对应的l。5.根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标。6.按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)。7.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。可首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数……8.解释函数表达式中常量的物理意义。五、注意事项1.实验中不能挂过多钩码,以免超过弹簧的弹性限度。2.所描的点不一

3、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。六、误差分析1.弹簧长度测量的误差。2.描点画线的作图误差。方法探究突破◎提升应用技巧的突破口◎【例题】小明同学在实验室探究弹力和弹簧伸长量的关系的探究过程是:【猜想与假设】弹簧弹力大小和弹簧伸长量成正比例关系。【设计与进行实验】(1)设计如图所示的实验装置进行实验。(2)在弹簧下端挂上钩码,当分别悬挂10g、20g钩码时,记下指针所指的标尺刻度。(3)将实验数据记录在表格中。(4)整理器材,进行实验数据分析并得出结论。钩码质量m/g01020标尺刻度l/

4、10-2m6.008.0010.00根据所测数据,请你帮助小明在坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度l与钩码质量m的关系曲线。【交流与评估】小明同学将实验数据记录到下表中(重力加速度g=9.8m/s2)他根据实验数据在坐标纸上用描点法画出lm图象如图所示,根据图象小明得出结论:弹簧弹力大小和弹簧伸长量不成正比例关系而是一次函数关系,自己先前的猜想是错误的。01.002.003.004.005.006.007.0015.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)请说明小明结论

5、错误的原因:。(2)这个实验小明同学在【设计与进行实验】中的设计方案上还存在的不足之处是:。(3)小明改进上述不足后,更换了一根弹簧进行实验,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钩码,并逐个增加钩码,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)(4)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量关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为N/m。解析:(3)根据题目中所测量的数据进行描点,然后用平滑的曲线(或直线)连接各点,在连接时应让

6、尽可能多的点落在线上,偏差比较大的点舍去,不在线上的点尽量平均分布在线的两侧,如图所示。(4)根据所作图线可以看出,弹簧原长为l0=15×10-2m,当m≤5×102g=0.5kg时,标尺刻度l与弹簧伸长量关系满足胡克定律。由胡克定律F=k(l-l0)可知,l-l0=mg/k,所以图线斜率在数值上等于g/k,即m/kg=,解得k=25N/m。答案:(1)lm图象的纵坐标不是弹簧伸长量    (2)以三组测量数据不能得出普遍性的物理规律,实验方案中应设计多测几组数据,并换用另外的弹簧多进行几次实验(3)见解析图

7、    (4)m≤0.5kg    25规律总结:根据实验数据作图并且分析求解某些物理量是高考实验命题热点之一。写出图象的函数式并和物理规律的表达式比较,可以弄清图象的截距、斜率等的物理意义,进而求出相关物理量。拓展链接(2010·福建理综)某实验小组研究橡皮筋伸长量与所受拉力的关系。实验时,将原长约200mm的橡皮筋上端固定,在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量;当挂上10只钩码后,再逐一把钩码取下,每取下一只钩码,也记下对应的橡皮筋伸长量。根据测量数

8、据,作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量Δl与拉力F关系的图象如图所示。从图象中可以得出。A.增挂钩码时Δl与F成正比,而减挂钩码时Δl与F不成正比B.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大C.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等D.增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度答案：  D解析:若橡皮筋一直在弹性限度内,虚线和实线应重合。由于图中