实验探究弹力和弹簧伸长的关系.docx

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系

1.实验原理
弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大.
2.实验器材
铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸.
3.实验步骤
(1)安装实验仪器(如图1所示).

图1
(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据.
(3)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.
(4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同.
(5)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，如果不行再考虑二次函数.

1.数据处理
(1)列表法
将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的.
(2)图象法
以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线.
(3)函数法
弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系.
2.注意事项
(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度.
(2)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据.
(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点.
(4)统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.
3.误差分析
(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差.
(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差.

命题点一教材原型实验

处理实验数据的方法
1.列表分析法：分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量Δx的关系，可以先考虑F和Δx的乘积，再考虑F和Δx的比值，也可以考虑F和(Δx)2的关系或F和eq\r(Δx)的关系等，结论：eq\f(F,Δx)为常数.
2.图象分析法：作出F－Δx图象，如图2所示.此图象是过坐标原点的一条直线，即F和Δx成正比关系.

图2
作图的规则：
(1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸.若弹簧原长较长，则横坐标起点可以不从零开始选择.
(2)作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去).
(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义.
例1(2015·福建理综·19(1))某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.
(1)图3甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；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；

图3
(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
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
(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____________________________.
答案(1)6.93(2)A(3)钩码重力超过弹簧弹力范围
解析(1)由题图乙知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长量为(14.66－7.73)cm＝6.93cm；(2)若随意增减钩码，会使作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项A正确.(3)由题图丙知AB段伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧弹力范围.
变式1某学生做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验.实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示.
钩码个数01234567弹力F/N01.02.03.04.05.06.07.0弹簧伸长的长度x/cm02.003.986.027.979.9511.8013.50
(1)根据表中数据在图4中作出F－x图线.

图4
(2)根据F－x图线可以求得弹簧的劲度系数为________N/m.
(3)估测弹簧弹力为5N时弹簧的弹性势能为________J.
答案(1)如图所示

(2)50(3)0.25
命题点二创新实验——器材与方法的创新

本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重迁移