1、理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 考向一 考向二 考向三 第 三章 相互作用 实 验 一 探究弹力和弹簧伸长的关系 返回返回返回返回一、实验目的(1)探究弹力与弹簧伸长量之间的关系。(2)学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。(3)验证胡克定律。二、实验原理1用悬挂法测量弹簧的弹力F弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等，在弹簧下端悬挂不同的钩码个数，并分别求出重力，从而得到弹簧弹力。返回2测出弹簧的伸长量x弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得。3探究弹力和弹簧伸长的关系建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小
2、F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，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伸长量间的关系。返回4求弹簧的劲度系数弹簧的弹力 F 与其伸长量 x 成正比，比例系数 kFx，即为弹簧的劲度系数；另外在 Fx 图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。返回四、实验步骤(1)按图实11安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。图实11返回1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0(
3、3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量。返回五、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，如图实12所示。图实12返回(2)以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据 Fx 图线的斜率求解，kFx。返回六、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。(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尽可能稀一些，这样作出的图
4、线精确。(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，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。返回(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单位。七、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点。返回返回例1 在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是()A所挂钩码越多，作出的图线越精确，误差越小B用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，
5、应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C用直尺测量弹簧的长度即为弹簧的伸长量D用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等返回解析 弹簧的伸长量是指弹簧伸长后的长度减去弹簧的原长，故C错误；做实验时要用同一个弹簧来测量，故D错误，实验时所挂钩码不可过重，以免超过弹簧的弹性限度，A错误，因此只有B项正确。答案 B返回例2 某同学用如图实13所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上1个钩码，并逐渐增加钩码的个数，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取g9.8 m/s2)图实13返回砝码质量m/1
6、02 g 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 标尺刻度x/102 m 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50(1)根据所测数据，在如图实14所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。返回图实14(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在_ N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格的弹簧的颈度系数为_ N/m。返回解析(1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线上。(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分
7、布在线的两侧，如图所示。返回(2)根据所画图像可以看出，当 m5.00102 g0.5 kg时，标尺刻度 x 与钩码质量 m 成一次函数关系，所以当 F4.9 N 时弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。由 Fkx，可知图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度系数 k，即 kFx4.9 N19.6102 m25 N/m。答案 见解析返回例 3 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量 x与弹力 F 成正比，即 Fkx，k 的值与橡皮筋未受到拉力时的长度 L、横截面积 S 有关，理论与实践都表明 kYSL，其中 Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。(1)在国际单位制中，杨氏模量 Y 的
8、单位应该是_。AN BmCN/m DPa返回(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图实15所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L20.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm，那么测量工具a应该是_，测量工具b应该是_。图实15返回(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。拉力F/N 5 10 15 20 25 伸长量x/cm 1.6 3.2 4.7 6.4 8.0 请作出Fx图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k_N/m。(4)这种橡皮筋的Y值等于_。返回解析(1)在弹性限度内，弹力 F 与伸长量 x 成正比，Fkx，又根据题意可知，kYS/L。则 FkxYSLx得出杨氏模量 YFLxS各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是 N/m2Pa，选项 D 正确。(2)根据精确度判断可知 a 为毫米刻度尺，b 为螺旋测微器。返回(3)根据表格数据，描点、连线，可得Fx 图像如图所示。根据斜率的物理意义表示劲度系数 k，kFx3.1102 N/m。(4)根据 YkL/S 求得，Y5106 Pa。答案(1)D(2)毫米刻度尺 螺旋测微器(3)图像见解析图 3.1102(4)5106 Pa返回