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1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系知识要点归纳实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．2．学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系．实验原理1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．2．用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．3．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算．这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．即寻求F＝kx的关系.实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码
2、若干、坐标纸．过程分析导引实验步骤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1－5－1所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力，填写在记录表格里．图1－5－11234567F/NL/cmx/cm3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．实验数据的处理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．2．以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数.首先尝试一次函数，如果
3、不行则考虑二次函数．3．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.实验误差的来源1．弹簧长度的测量误差．2．描点画线的作图误差．注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．要注意观察，适可而止．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，这样作出的图线更精确．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，以免增大误差．4．描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．实验典例探究(
4、2012·贵州质检)通过“探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，题型1实验操作及原理的考查例1小关系，同学们做出了如下猜想．甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以k1＝k2＝k3乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以，k1＜k2＜k3丙同学：同一根弹簧截成的两段，越长劲度系数越大，所以，k1＞k2＞k3(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有___________________．(2)简要写出实验步骤．(3)图1－5－2是实
5、验得到的图线．根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？图1－5－2【解析】(1)实验中需要测弹簧的伸长和所挂钩码的重力，故需要刻度尺和已知质量且质量相等的钩码．(2)实验步骤：a．将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度LB.d．改变钩码的个数,重复实验步骤b、c,并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值e．按实验步骤a、b、c、d求出弹簧C的劲度系数k3的平均值．f．比较k1、k2、k3得到结论．(3)由图可知斜率越大,劲度系数越大.同一根弹簧截下的几段,越短的段,劲度系数越大．【答案】见解析【方法总结】实验原理是实验的灵魂,仪器的选取和实验步骤
6、的设置都要依据实验原理,实验原理是根据尽量减小实验误差而设定的．(2011·高考安徽卷)为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码.实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图上标出．(g＝9.8m/s2)题型2实验数据的处理例2图1－5－3(1)作出m－l的关系图线；(2)弹簧的劲度系数为________N/m.【答案】(1)如图1－5－4所示(2)0.248～0.262图1－5－4(2012·辽宁抚顺一中检测)橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量x与弹力F成正比,即F＝kx,k的值与橡皮筋未受到拉力
7、时的长度L、横截面积S有关，题型3创新实验设计例3(2)有一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图1－5－5甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值．首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L＝20.00cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000mm，那么测量工具a应该是________；测量工具b应该是____________．图1－5－5(3)用如图甲所示的装置就可以测出这种橡皮筋的Y值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录．拉力F(N)510152025伸长量x(cm)1.63.24.86.48.0请在图乙中作出F－x图
8、象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k＝______________N/m.(4)
