2019_2020学年高中物理第三章研究物体间的相互作用实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系学案粤教版

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1、实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系[学习目标]1.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.2.学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据.3.能根据F-x图象、F-L图象求出弹簧的劲度系数.一、实验器材弹簧、刻度尺、钩码、铁架台.二、实验原理1.如图1甲所示,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受到的重力大小相等.如图乙,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x可以用弹簧的长度减去弹簧的原长来求得.图12.建立平面直角坐标系,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

2、,F)对应的点,用平滑曲线连接起来,根据实验所得的图象,就可探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系.三、实验步骤1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度L0,即原长.2.如图2所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度L1,记录m1和L1.3.改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度L2、L3、L4、L5、….图24.计算出每次弹簧的伸长量x(x=L-L0)和弹簧受到的拉力F(F=mg),并将数据填入表格.1234567F/N0L/cmx/cm0四、数据

3、处理1.建立直角坐标系,以F为纵轴、x为横轴,根据测量数据用描点法作图.连接各点得出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.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.五、误差分析1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.为了减小误差,要尽量多测几组数据.2.弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差.为了减小该系统误差,实验中应使用轻质弹簧.一、实验原理及操作例1以下是某同学所进行的“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验

4、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,弹力大小为F1=m1g,并用刻度尺测量出此时弹簧的长度L1,并记录到表格中.(2)再增加钩码,重复上述的操作,得到多组数据.(3)以力F为纵轴,以弹簧长度Lx为横轴,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Lx的关系,并得出实验结论.以上步骤中有三个不当之处,请将不合理的地方找出来并进行修正.答案见解析解析(1)中还应该测出弹簧的

5、原长L0,此时应在不挂钩码的情况下,让弹簧保持自然下垂状态,用刻度尺测出从悬点到弹簧下端的长度即为L0;(3)中建立坐标系时应该以弹簧的伸长量为横轴,因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系;(5)中应分析弹力与弹簧伸长量的关系.1.实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超出弹簧的弹性限度.2.测量长度时,应区别弹簧原长L0、实际长度L及伸长量x三者之间的不同,明确三者之间的关系.为了减小弹簧自身重力带来的影响,测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自然下垂状态,而不是平放在水平面上处于自然伸长状态.3.记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位.4.描

6、点作图时,应使尽量多的点落在画出的线上,可允许少数点分布于线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线或直线.5.尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响.二、实验数据的处理例2某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系.(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”).(2)弹簧自然悬挂,待弹簧________时,长度记为L0;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表.代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)

7、25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范,代表符号为_____.由表可知所用刻度尺的最小分度为________.(3)图3是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“Lx”).图3(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为________g.(重力加速度g取9.8N/kg)答案(1)竖直(2)稳定L31mm(3)Lx(4)4.910解析(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生,弹簧轴

8、线和刻度尺均应在竖直方向.(2)弹簧静止稳定时,记录原长L0;表中的数据L3与其他数据有效位数不同,所以数据L3不规范,标准数据应读至c

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