1、实验：探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系类型一教材原型实验角度1实验原理和实验操作【典例1】用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系的实验装置,如图甲所示。(1)实验中还需要的测量工具有:_。(2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x。由图可知:图线不通过原点的原因是_;弹簧的劲度系数k=_ N/m(计算结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 N/kg)。(3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像,下列说法正确的是()A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的
2、劲度系数比b的小D.弹力与弹簧长度成正比【解析】(1)实验需要测弹簧的长度、形变量,故还需要的实验器材是刻度尺。(2)由题图可知,当F=0时,x大于零,说明没有挂重物时,弹簧有伸长,是由于弹簧自身的重力造成的,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,则k= N/m=6.5 N/m。(3)在F-L图像中横截距表示弹簧的原长,由题图可知b的原长比a的长,故A错误;在F-L图像中斜率表示弹簧的劲度系数k,由题图可知a的劲度系数比b的大,故B正确,C错误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故D错误。答案:(1)刻度尺(2)弹簧自身有重力6.5(3)B角度2实验数据处理
3、【典例2】某实验小组做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验,实验时,先把弹簧平放在桌面上,用直尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一只钩码记下对应的弹簧长度L,数据记录如表所示:钩码个数1 2 3 45弹力F/N 1.0 2.03.0 4.0 5.0弹簧的长度L/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据在图中作出F-L图线。(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=_ N/m。(3)图线与L轴的交点坐标大于L0的原因是_。【解析】(1)描点作图,如图所示: (2)图像的斜率表示劲度系数,故有:k=50 N/m。(3)图线与L轴的交点坐标表
4、示弹簧不挂钩码时的长度,其数值大于弹簧原长,因为弹簧自身重力的影响。答案:(1)见解析图(2)50(3)竖直悬挂时,弹簧自身重力的影响类型二创新型实验【典例3】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中,实验装置如图甲所示。右侧挂上钩码,相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度L。(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标纸中描点,如图乙所示。请作出F-L图线。(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=_cm,劲度系数k=_N/m。(3)试根据以上该同学的实验情况,帮助他设计一个记录实验
5、数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来(舍去偏离较大的点),如图所示。(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L0=510-2 m=5 cm。劲度系数为图象直线的斜率,k=20 N/m。(3)记录数据的表格如下:钩码个数012345弹力F/N弹簧长度L/10-2m答案:(1)图见解析(2)520(3)见解析【创新评价】装置的优化弹簧水平使用,钩码的重力作为弹簧的拉力,消除了弹簧的自重影响图像的优化利用F-L图像进行数据处理而非常规的F-x图像【创新探究】(1)将弹簧水平放置的优点是什么?提示:避免了弹簧自身所受重力对实验的影响。(2)该实验的缺点是什么?提示:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差增大。
