06 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 【正文】听课手册.docxVIP

实验二探究弹簧弹力与形变量的关系

一、实验目的

1.会通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系.

2.进一步理解胡克定律,掌握以胡克定律为原理的拓展实验的分析方法.

二、实验原理

1.如图所示,弹簧下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小.?

2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码下的伸长量x,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,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形变量间的关系.?

三、实验器材

铁架台、、毫米刻度尺、、三角板、坐标纸、重垂线.?

四、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,得出弹簧的伸长量x1,将这些数据填入自己设计的表格中.

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,并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5.

钩码个数

长度

伸长量x

钩码质量m

弹力F

0

l0

1

l1

x1=l1-l0

m1

F1

2

l2

x2=l2-l0

m2

F2

3

l3

x3=l3-l0

m3

F3

…

…

…

…

…

五、数据处理

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,用作图.用平滑的曲线连接各点,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,写出图线所代表的函数表达式.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.

3.得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.

六、误差分析

1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确都会引起实验误差.

2.悬挂钩码数量过多,

导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲.如图所示.

3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零.如图所示.

七、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,以免弹簧被过度拉伸,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:本实验是探究型实验,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.

例1[2024·江苏常州模拟]某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系.

(1)下列实验步骤是这位同学准备完成的,请你帮他按操作的先后顺序,用字母排列出来.?

A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,作出图像.

B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0.

C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺.

D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码,并分别记下钩码静止时,弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码.

E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式.

(2)这位同学将实验数据记录在表格中.实验时弹簧始终未超过弹性限度,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力F跟弹簧伸长量x关系的F-x图像.

②根据F-x图像,写出图线的函数表达式为.?

③函数表达式中常数表示的物理量名称及物理意义是.?

[反思感悟]?

?

?

变式[2024·山东青岛模拟]物理实验课上,学生用铁架台、刻度尺、弹簧和多个质量已知且相等的钩码(每个钩码的质量m=10g),做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验.

(1)装置如图甲所示,下列说法正确的是?

A.实验前,应该先把弹簧水平放置测其原长

B.逐一增挂钩码,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态再读数

C.为了减小实验误差,可以无限制增加钩码个数,从而多读几组数据

D.正确操作后,弹簧自身重力对弹簧劲度系数的测量无影响

(2)某小组处理数据时以钩码个数n为横坐标,弹簧伸长量x为纵坐标,g取9.8m/s2,作出如图乙中的a图像,根据x-n图像可知弹簧的劲度系数是N/m.(结果保留2位有效