第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 胡克定律.docVIP

第2课时实验：探究弹簧弹力与形变量的关系胡克定律

学习目标1.会利用二力平衡法求弹力。2.探究弹簧弹力与弹簧形变量的关系。3.学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。4.理解胡克定律，并能解决有关问题。

知识点一实验：探究弹簧弹力与形变量的关系

一、实验目的

1.探究弹簧弹力与形变量的关系。

2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。

二、实验思路

1.弹簧弹力F的确定：如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg。

2.弹簧伸长的长度x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长的长度x＝l－l0。

3.通过列表、图像、函数关系等处理实验数据并得出结论。

三、实验器材

铁架台带铁夹、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。

四、实验步骤

1.按实验原理图安装实验装置，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记下弹簧自由下垂时下端所对应的刻度l0，即弹簧原长。

2.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度l1，并记下钩码的重力m1g。

3.增加钩码的个数，记录弹簧在不同弹力下伸长的长度(弹簧弹力等于钩码的重力)，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。

1

2

3

4

5

6

7

F/N

0

l/cm

x/cm

0

eq\f(F,x)(N/m)

五、数据处理

1.如图所示，以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧伸长的长度x为横轴建立直角坐标系，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.按照图中所绘点的分布，作出一条直线，所画点不一定正好在这条直线上，但要注意使直线两侧的点数大致相同，得到F－x图像。

3.得出弹簧弹力和伸长的长度之间的定量关系，F＝kx。

4.实验结论

在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。

六、误差分析

1.弹簧原长及伸长量的测量都存在误差。

2.由于弹簧自身重力的影响造成误差，当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有伸长量，这样在作图线时，图线在x轴有截距。

3.描点、作图不准确也会引起误差，所以每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能分散，这样作出的图线更精确。

七、注意事项

1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。

2.测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。

3.描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。

4.记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。

例1某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹簧弹力与伸长量的关系。他将实验数据记录在表格中。g取10N/kg。

钩码质量m/g

0

30

60

90

120

150

弹簧总长度l/cm

6.0

7.2

8.3

9.5

10.6

11.8

(1)根据实验数据在坐标纸上作出弹簧弹力F与伸长量x关系的F－x图像。

(2)由F－x图像写出F－x函数表达式：_________________________________。

答案(1)见解析图(2)F＝26x

解析(1)由表格数据可知弹簧所受到的弹力F＝mg，弹簧伸长量x＝l－l0＝(l－6.0)cm，求出各个F和x，由描点法得出图像如图所示。

(2)由图可知：F＝26x。

训练1某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。

(1)图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，此时弹簧的伸长量为________cm。

(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量

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量

(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量x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)弹簧形变量超出弹簧的弹性限度

解析(1)由题图乙可知标尺刻度为l2＝14.66cm，所以弹簧的伸长量为Δl＝l2－l1＝6.93cm。

(2)为防止弹簧超出弹性限度，应逐渐增加钩码，故选项A正确。

(3)由题图丙知AB段伸长量与弹力不成线性关系，主要原因是钩码重力