班级班级姓名学号[目标定位] 1.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.2.学会利用列
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法、图像法、函数法处理实验数据.3.能根据F-x、F-l图像求出弹簧的劲度系数.1.实验原理(1)如图1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.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原长来求得.图1(2)建立直角坐标系,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,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系.想一想:在探究弹簧的形变与外力的关系的实验中,测量原长水平放置与竖直放置有什么区别?
答案
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水平放置的原长小于竖直放置的原长.竖直放置时,弹簧自身重力把弹簧拉长了,所以测得的原长大.2.实验器材轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、坐标纸.一、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乙所示,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
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m1和l1.3.改变所挂钩码的质量,重复2步骤,记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、….4.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/cm0二、数据处理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x为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.3.得出弹力F和弹簧伸长量x之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.三、误差分析1.读数和作图时会带来偶然误差.为了减小偶然误差,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.四、注意事项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.3.记录数据时要注意弹力F及伸长量x的对应关系及单位.4.描点作图时,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.典例精析例1 (1)在“探究弹力和弹簧伸长量之间的关系”的实验中,以下说法正确的是( )A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时,应竖直悬挂弹簧,挂在弹簧下端的钩码应处于静止状态C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D.用几个不同的弹簧,分别测出它们所受的拉力与伸长量,可得出拉力与伸长量之比相等(2)实验中其同学先把弹簧放在水平桌面上使其自然伸展,用直尺测出其长度L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码,平衡后测出其长度L,令x=L—L0.改变钩码数,进行多次测量,用F表示弹簧下端受到的钩码的拉力,则如下所示的F-x图线,你认为符合实际情况的是( )解析 (1)实验时弹簧被拉伸的长度不能超出它的弹性限度,A正确;要使弹簧的弹力等于砝码重力的大小,应竖直悬挂弹簧,且要使弹簧下端的钩码处于静止状态,B正确;弹簧的伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长,C错误;不同的弹簧的劲度系数不同,所以拉力与伸长量之比不相等,D错误.(2)因为弹簧是被放在水平桌面上测得的原长,然后把弹簧竖直悬挂起来后,由于弹簧自身重力的作用,弹簧的长度会增大,所以图线应出现x轴上的截距,C正确,A、B、D错误.答案 (1)AB (2)C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________(填“水平”或“竖直”)方向.(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)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不
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,代表符号为________.由表可知所用刻度尺的最小分度为________.(3)图2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________(填“L0”或“Lx”)的差值.图2(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.(结果保留两位有效数字,重力加速度g取9.8m/s2)解析 (1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生,所以弹簧轴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,
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数据应读至cm位的后两位,最后一位应为估读值,精确至mm位,所以刻度尺的最小分度为1mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时,x为0,所以x=L-Lx(L为弹簧长度).(4)由胡克定律F=kΔx知,mg=k(L-Lx),即mg=kx,所以图线斜率即为弹簧的劲度系数k==N/m=4.9N/m同理,砝码盘质量m==kg=0.01kg=10g.答案 (1)竖直 (2)静止 L3 1mm (3)Lx