探究弹力和弹簧伸长的关系.doc

二、探究弹力和弹簧伸长的关系（一）目的 探索弹力与弹簧伸长的定量关系（二）器材铁架台，金属横杆（带铁夹），弹簧（带指针），钩码，刻度尺（三）原理用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，用直尺测量弹簧的伸长或总长，根据实验所测量实验数据，探索弹簧弹力和弹簧伸长量之间的定量关系.（四）步骤1把弹簧的一端固定在铁夹上，先不挂砝码，使弹簧自然下垂，用直尺测量弹簧此时的长度l0，记为弹簧原长.2把1个已知质量的砝码挂在弹簧的另一端，此时弹簧所受拉力等于砝码所受的重力G1，用刻度尺测量此时所对应的弹簧总长l1，各弹簧挂上2、3、4、5个钩码，分别测出弹簧的总长l2、l3、l4、l5。3计算每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5，以弹簧的伸长量为横轴，弹簧的弹力为纵轴建立坐标系，将5组数据分别在坐标系上找到5个对应的点。4观察点的分布与走势，用平滑的曲线（包括直线）将点的分布走势描述出来，观察图像有什么特征。5以弹簧伸长的长度为自变量，找出图像所代表的函数，总结弹力与弹簧伸长的关系。（五）数据记录及处理测量纸带上各相邻计数点间的距离，把数据填入下表。钩码个数12345弹簧长度l/m形变量x=l-l0/m弹力F/N以弹簧的伸长量为横轴，弹簧的弹力为纵轴建立坐标系，做出F-x图像。（六）注意事项1实验过程中，注意拉力不要超过弹簧弹性限度.2测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量.3为了减小误差，要尽量多测几组数据.4使用数据时应采用（lx-l0）即弹簧长度变化量.（七）例题分析例题：在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，实验装置如图实2-1所示。所用的每只钩码质量都是30g，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次测出相应的弹簧总长度，将数据填入下表中。（弹力未超过弹性限度，取g=9.8m/s2）砝码质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小(N)（1）试根据这些实验数据在图实2-2给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长l之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。 （2）上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?解析：（1）根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和l间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。（2）图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。由可得k=25N/m。（八）习题1（08北京）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度值记作L0；弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50g砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；挂七个50g砝码时，指针指示的刻度数值记作L7。下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是_和 。测量记录表：代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图实2-3将这两个测量值填入记录表中。为了充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d1=L4-L0=6.90cm，d2=L5-L1=6.90cm，d3=L6-L2=7.00cm。请你给出第四个差值：d4=_=_cm。根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量L。L用d1、d2、d3、d4表示的式子为：L=_。代入数据解得L=_ cm。计算弹簧的劲度系数k=_N/m。（g取9.8m/s2）2某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，所用实验装置如图实2-4所示，所得的测量数据如下表所示。一个钩码的质量m050.0g 弹簧的自然长度L040.0cm g取10m/s2钩码个数012345弹簧长度/cm40.042.044.146.247.950.0（1）请在图实2-5坐标纸中建立坐标系，画出弹力F与伸长量x的关系图象。（要求明确写出横轴和纵轴代表的物理量和单位）（2）标志该弹簧特性的劲度系数k_N/m（3）如果弹簧受到的拉力F5.0N时，仍在弹簧的弹性限度内，则弹簧的伸长量为x_cm。3（05江苏11）某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验，他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下面挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：（重力加速度g=10m/s2）砝码质量m/102g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50（1）根据所测数据，在图实2-6坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x和砝码质量m的关系曲线。（2）根据所测数据和关系曲线可以判断，在 N范围内弹力大小和弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为 N/m。4“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，选用的螺旋弹簧如图实2-7-1所示。（1）用螺旋测微器测量弹簧A处钢丝的直径的示数如图实2-7-2所示。可知此弹簧钢丝的直径是_m。（2）将弹簧的上端O点固定悬吊在铁架台上，旁边置一刻度尺，刻度尺的零刻线跟O点对齐，在弹簧的下部A处做一标记，如固定一个指针。在弹簧下端的挂钩上挂上钩码（每个钩码的质量都是50g），指针在刻度尺上指示的刻度x。逐个增加所挂钩码的个数，刻度x随挂钩上的钩码的重量F而变化，几次实验测得相应的F、x各点描绘在图中。请在图实2-7-3中描绘出x 随F变化的图象。由图象得出弹簧的劲度系数kA=_N/m。（结果取2位有效数字）；此弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长x的关系是_。（3）如果将指针固定在A点的下方P处，再做出x 随F变化的图象，得出弹簧的劲度系数与kA相比，可能是 A大于kA B等于kA C小于kA D无法确定（4）如果将指针固定在A点的上方Q处，再做出x 随F变化的图象，得出弹簧的劲度系数与kA相比，可能是：A大于kA B等于kA C小于k