第三章 实验1

1、实验:探究弹力和弹簧伸长的关系 【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.测测l0 0。按图安装实验装置。按图安装实验装置, ,记下弹簧下端不挂钩码时记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度所对应的刻度l0 0。 2.2.测总长和弹力。在弹簧下端悬挂一个钩码测总长和弹力。在弹簧下端悬挂一个钩码, ,平衡时记平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。下弹簧的总长度并记下钩码的重力。3.3.重复。增加钩码的个数重复。增加钩码的个数, ,重复上述实验过程重复上述实验过程, ,将数据将数据填入表格填入表格, ,以以F F表示弹力表示弹力, ,l l表示弹簧的总长度表示弹簧的总长度,x=,x=l- -

2、l0 0表表示弹簧的伸长量。示弹簧的伸长量。1 12 23 34 45 56 67 7F/NF/N0 0l/cm/cmx/cmx/cm0 0二、数据处理二、数据处理1.1.以弹力以弹力F(F(大小等于所挂钩码的重大小等于所挂钩码的重力力) )为纵坐标为纵坐标, ,以弹簧的伸长量以弹簧的伸长量x x为为横坐标横坐标, ,描点按照各点的分布和走描点按照各点的分布和走向向, ,尝试作一条平滑的曲线尝试作一条平滑的曲线( (包括直线包括直线),),得出弹力得出弹力F F随弹随弹簧伸长量簧伸长量x x变化的图线变化的图线, ,如图所示。如图所示。2.2.以弹簧伸长量为自变量以弹簧伸长量为自变量, ,写出

3、弹力和弹簧伸长量之间写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系的函数关系, ,函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数, ,这个常数也可根据这个常数也可根据F-xF-x图线的斜率求解图线的斜率求解,k= ,k= Fx。【误差分析误差分析】1.1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差。本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差。为了减小误差为了减小误差, ,要尽量多测几组数据。要尽量多测几组数据。2.2.弹簧竖直悬挂时弹簧竖直悬挂时, ,弹簧自身的重力会带来系统误差。弹簧自身的重力会带来系统误差。为了减小误差为了减小误差, ,实验中应使用轻质弹簧。实验中应使用轻质弹

4、簧。【注意事项注意事项】1.1.所挂钩码不要过重所挂钩码不要过重, ,以免超出弹簧的弹性限度。以免超出弹簧的弹性限度。2.2.测弹簧长度时测弹簧长度时, ,一定要把弹簧竖直悬挂且处于平衡状一定要把弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量。态时测量。3.3.记录数据时要注意弹力和弹簧伸长量的对应关系及记录数据时要注意弹力和弹簧伸长量的对应关系及单位。单位。4.4.描点画线时一定让尽量多的点落在曲线上描点画线时一定让尽量多的点落在曲线上, ,不在曲线不在曲线上的点均匀分布在曲线的两侧。上的点均匀分布在曲线的两侧。5.5.尽量选用轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响。尽量选用轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的

5、影响。类型一类型一 实验原理及实验操作实验原理及实验操作【典例典例1 1】(2018(2018济南高一检测济南高一检测) )某同学探究弹力与弹某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。簧伸长量的关系。世纪金榜导学号世纪金榜导学号2897406428974064(1)(1)将弹簧悬挂在铁架台上将弹簧悬挂在铁架台上, ,将刻度尺固定在弹簧一侧。将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在弹簧轴线和刻度尺都应在_方向方向( (选填选填“水平水平”或或“竖直竖直”) )。(2)(2)弹簧自然悬挂弹簧自然悬挂, ,待弹簧待弹簧_时时, ,长度记为长度记为L L0 0; ;弹簧弹簧下端挂上砝码盘时下端挂上砝码盘

6、时, ,长度记为长度记为L Lx x; ;在砝码盘中每次增加在砝码盘中每次增加10 g10 g砝码砝码, ,弹簧长度依次记为弹簧长度依次记为L L1 1至至L L6 6。数据如表。数据如表:代表代表符号符号L L0 0L Lx xL L1 1L L2 2L L3 3L L4 4L L5 5L L6 6数值数值(cm)(cm)25.3525.3527.3527.35 29.3529.35 31.3031.30 33.433.435.3535.35 37.4037.4039.3039.30表中有一个数值记录不规范表中有一个数值记录不规范, ,代表符号为代表符号为_。由。由表可知所用刻度尺的最小分度

7、为表可知所用刻度尺的最小分度为_。(3)(3)如图是该同学根据表中数据作的图如图是该同学根据表中数据作的图, ,纵轴是砝码的纵轴是砝码的质量质量, ,横轴是弹簧长度与横轴是弹簧长度与_的差值的差值( (选填选填“L L0 0”或或“L Lx x”)”)。(4)(4)由图可知弹簧的劲度系数为由图可知弹簧的劲度系数为_N/m;_N/m;通过图和通过图和表可知砝码盘的质量为表可知砝码盘的质量为_g_g。( (结果保留两位有效结果保留两位有效数字数字, ,重力加速度取重力加速度取9.8 m/s9.8 m/s2 2)【正确解答正确解答】(1)(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘为保证弹簧的形变只由砝码

8、和砝码盘的重力引起的重力引起, ,所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)(2)弹簧静止时弹簧静止时, ,记录原长记录原长L L0 0; ;表中的数据表中的数据L L3 3与其他数据与其他数据有效数字位数不同有效数字位数不同, ,所以数据所以数据L L3 3不规范不规范, ,标准数据应读标准数据应读至厘米位的后两位至厘米位的后两位, ,最后一位应为估计值最后一位应为估计值, ,精确至精确至mmmm位位, ,所以刻度尺的最小分度为所以刻度尺的最小分度为1 mm1 mm。(3)(3)由题图知所挂砝码质量为由题图知所挂砝码质量为0 0时时,x,x为为0,0,所以

9、所以x=L-Lx=L-Lx x。(4)(4)由胡克定律由胡克定律F=kxF=kx知知,mg=k(L-L,mg=k(L-Lx x),),即即mg=kx,mg=kx,所以所以图线斜率即为图线斜率即为 则弹簧的劲度系数则弹簧的劲度系数k=k= =4.9 N/m =4.9 N/m。同理砝码盘质量同理砝码盘质量 =0.01 kg=10 g=0.01 kg=10 g。km,gxmgx3260 10109.8N/ m122102x0k LL4.927.3525.3510mkgg9.8答案答案: :(1)(1)竖直竖直(2)(2)静止静止L L3 31 mm1 mm(3)L(3)Lx x(4)4.9(4)4.

10、91010类型二类型二 实验数据处理实验数据处理【典例典例2 2】在在“探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系”时时, ,某同某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究。世纪金世纪金榜导学号榜导学号2897406528974065(1)(1)某次测量如图乙所示某次测量如图乙所示, ,指针示数为指针示数为_cm_cm。(2)(2)在弹性限度内在弹性限度内, ,将将50 g50 g的钩码逐个挂在弹簧下端的钩码逐个挂在弹簧下端, ,得得到指针到指针A A、B B的示数的示数L LA A和和L LB B如表。用表中数据计算弹簧如表。用表中数据计算弹簧的劲度系数

11、为的劲度系数为_N/m(_N/m(重力加速度重力加速度g g取取10 m/s10 m/s2 2) )。由表中数据由表中数据_(_(选填选填“能能”或或“不能不能”) )计算出弹计算出弹簧簧的劲度系数。的劲度系数。钩码数钩码数1 12 23 34 4L LA A/cm/cm15.7115.7119.7119.7123.6623.6627.7627.76L LB B/cm/cm29.9629.9635.7635.7641.5141.5147.3647.36【正确解答正确解答】(1)(1)刻度尺读数需要估读到精确位的下一刻度尺读数需要估读到精确位的下一位位, ,由图可知指针示数为由图可知指针示数为1

12、6.00 cm,16.00 cm,考虑到误差范考虑到误差范围围,15.95,15.9516.05 cm16.05 cm均算对。均算对。(2)(2)由胡克定律由胡克定律F=kx,F=kx,结合表格数据可知弹簧结合表格数据可知弹簧的劲的劲度系数度系数k k1 1= =12.5 N/m,= =12.5 N/m,考虑误差考虑误差范围情况下范围情况下12.212.212.8 N/m12.8 N/m均算正确均算正确; ;对于计算弹簧对于计算弹簧的劲度系数的劲度系数, ,只需要测出弹簧只需要测出弹簧的形变量的形变量, ,结合两个指结合两个指针的读数针的读数, ,可知指针可知指针B B的变化量减去指针的变化量减去指针A