1、【实验目的】1.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系.2.学会利用图象法处理实验数据. 【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的重力大小相等.,实验二 探究弹力和弹簧伸长量的关系,要点归纳,图1 2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了. 【实验器材】铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔.,【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2所示,在弹簧下端挂
2、质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中.图2,3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,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x1、x2、x3、x4、x5.,【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.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.,【误差分析】 1.弹簧拉力大小的不稳
3、定会造成误差.因此,使弹簧 的悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,待稳定后再读数可以提高实验的准确度.2.尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基本方法.3.描点、作图不准确.,【注意事项】 1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它 的弹性限度.要注意观察,适可而止.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点的间距尽可能大,这样作出的图线更精确.3.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,以免增大误差.4.描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及
4、单位.,【例1】某同学用如图3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,然后在弹簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指针所指的标尺刻度,所 图3得数据列表如下:(重力加速度g=9.8 m/s2),典例剖析,(1)根据所测数据,在图4坐标纸上作出弹簧指针所指 的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线.图4 (2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在_ 范围内,弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律.这种 规格弹簧劲度系数为_N/m.,思路点拨 (1)在坐标纸上描点，然后根据各点的分 布与走向,用平滑的曲线(或直线)连接各点. (2)满足胡克定律的应是图线中的直
5、线部分. 解析 (1)如图所示,(2)根据图线可以看出，当m5.00102 g=0.5 kg 时,标尺刻度x与砝码质量m成一次函数关系,所以当 F=mg4.9 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡 克定律.图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度系 数k,则k=25 N/m. 答案 (1)见解析 (2)04.9 N 25,【例2】用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已 知质量的钩码,来测定某个不太重的物体有多重,该怎么做?解析 本题主要考查实验方法的拓展迁移能力.(1)将弹簧上端固定在支架上,下端挂上钩码(质量已知为m),测出弹簧伸长x.(2)将钩码取下换上待测物体,测出弹簧伸长x.(3)待测物体
6、的重力答案 见解析,用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸 长,十七世纪英国物理学家胡克发现:金属丝或金属杆 在弹性限度内它的伸长与拉力成正比,这就是著名的 胡克定律.这一发现为后人对材料的研究奠定了重要 基础.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4 m,横 截面积为0.8 cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超 过原长的1/1 000,问最大拉力多大?由于这一拉力很 大,杆又较长,直接测试有困难,选用同种材料制成样 品进行测试,通过测试取得数据如下:,创新实验,(1)测得结果表明线材受拉力作用后,其伸长与材料的 长度成_,与材料的截面积成_. (2)上述金属细杆承受的最大拉力为_N. 解
7、析 (1)由题中列表可看出,材料样品的伸长量与材 料的长度成正比,与材料的截面积成反比.,伸 长,拉力,截面积,(2)由表可看出,材料一定长,一定截面积时，拉力与 伸长量的比例为定值. 设1 m长,截面积为0.05 cm2的比例系数为K1 2 m长,截面积为0.05 cm2的比例系数为K2 1 m长,截面积为0.10 cm2的比例系数为K3,由K1、K2、K3的值可得,比例系数K与长度L成反比, 与截面积S成正比,故 设4 m长,截面积为0.8 cm2的比例系数为K0K0=2.5106 N/m 又金属细杆最大伸长量为 所以金属细杆承受的最大拉力为 Fm=K0xm=2.5106410-3 N=1
8、04 N 答案 (1)正比 反比 (2)104,1.如图5甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连.当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象(如图乙).则下列判断正确的是( )图5,素能提升,A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 C.该弹簧的劲度系数是200 N/m D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变 解析 由乙图可知F=kx,即弹簧的弹力和弹簧的形变 量成正比,不与弹簧长度成正比,A错误.由F=kx可 知,B说法正确;由 C正确;F-x图线的 斜率对应弹簧的劲度系数,而x0和
9、x0时的斜率相同, 故D正确. 答案 BCD,2.某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实 验中,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长l0,再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l,把l-l0作为弹簧的伸长量x.这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是下图中的哪一个 ( )解析 由于考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x0,所以选C.,C,3.做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验步骤 如下：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,并用平滑的曲线连接起来.B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻
10、度L0;C.将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重),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,写出弹力与伸长量的关系 式，首先尝试写成一次函数,如果不行则考虑二次函 数； F.解释函数表达式中常数的物理意义； G.整理仪器. 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来: _. 解析 根据实验的实验操作过程应先安装仪器,再挂 钩码然后记录数据,分析数据,最后整理即可,排列先 后顺序为：CBDAEFG.,CBDAEFG,4.某同学
11、在研究学习中,利用所学的知识解决了如下 问题：一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为h=25.0 cm,且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内,但测力计可以与弹簧的下端接触),如图6甲所示.如果本实验的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度L.现要测出弹簧的原长L0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变L而测出对应的弹力F,作出F-L变化的图线如图6乙所示,则弹簧的劲度系数为_N/m,弹簧的原长L0=_cm.,图6 解析 根据胡克定律F=k(h+L-L0)=kL+k(h-L0),从图 中知道当L=0时,F=10 N；当L=10 cm时,F=20 N； 将其代入方程联立得k=100 N/m,L0
12、=15.0 cm. 答案 100 15.0,5.用纳米技术处理过的材料叫纳米材料,其性质与处 理前相比会发生很多变化.如机械性能会成倍地增加,对光的反射能力会变得很低，熔点会大大地降低,甚至有特殊的磁性质.现有一纳米合金丝,欲测出其伸长量x与所受到的拉力F、长度L、截面直径D的关系.(1)测量上述物理量需要的主要器材是:_、_、_等.(2)若实验中测量的数据如下表,根据这些数据请写出x与F、L、D间的关系式：x=_.(若用到比例系数,可用k表示),(3)在研究并得到上述关系的过程中,主要运用的科学 研究方法是_(只需写出一种). (4)若有一根合金丝的长度为20 cm,截面直径为 0.200 mm,使用中要求其伸长量不能超过原长的百分 之一,那么这根合金丝能承受的最大拉力为_N.,拉力F/N,伸长量x/cm,直径D/mm,解析 (2)由题目所给的数据分析可知：当力、直径 一定时,伸长量与长度成正比,当力、长度一定时,伸 长量与直径成反比,当长度、直径一定时,伸长量与力 成正比,有:x=kFL/D(取一组数据验证,式中的系数不 为零) 答案 (1)弹簧测力 计刻度尺 螺旋测微器(3)控制变量法 (4)62.5,返回,
