1、实验二探究弹力和弹簧伸长的关系实验目的1探究弹力和弹簧伸长的关系2学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律实验原理1如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等2用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小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，并根据图线特征拟合，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系实验器材铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等实验过程1根据实验原理图，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的
2、一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(分度值为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直2记下弹簧下端不挂钩码所对应的刻度l0，即弹簧的原长3在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度l，求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)4改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中记录表：弹簧原长l0次数内容123456拉力F/N弹簧总长/cm弹簧伸长/cm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，写出图线所代表
3、的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义误差分析1系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差2偶然误差：(1)弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据(2)作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧注意事项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适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些3测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差4描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意
4、一定要使各点均匀分布在直线的两侧5记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位6坐标轴的标度要适中命题点1教材原型实验 如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针现要测量图(a)中弹簧的劲度系数当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧
5、的劲度系数为_N/m(保留3位有效数字)【解析】标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm.放入砝码后，弹簧伸长的长度x(3.7751.950) cm1.825 cm，由胡克定律知，mgkx，所以劲度系数k N/m53.7 N/m.【答案】3.77553.7高分技法实验数据处理的方法(1)列表法：将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的(2)图象法：以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据对应的点，作出的拟合曲线是一条过
6、坐标原点的直线(3)函数法：弹力F与弹簧伸长量x满足Fkx的关系1某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向(填“水平”或“竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧稳定时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g 砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为L3.由表可知所用刻度尺的最小分度值为1_mm.(3)如图是该同学根据表
7、中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与Lx的差值(填“L0”或“Lx”)(4)由图可知弹簧的劲度系数为4.9 N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为10 g(结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8 m/s2)解析：(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向；(2)题表中有一个数值记录不规范，刻度尺的最小分度值为1 mm，所以长度L3应为33.40 cm；(3)在砝码盘中每次增加10 g砝码，所以弹簧的形变量应该是弹簧长度与Lx的差值；(4)充分利用测量数据k4.9 N/m，通过题图和表可知L025.35 cm、Lx27.35 cm，所以砝码盘
8、的质量为m10 g.命题点2实验拓展创新题型1实验情境创新 某同学利用如图所示装置来研究弹簧弹力与形变的关系，设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间用轻弹簧相连，A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连，挂钩上可以挂上不同质量的物体C，物块B下放置一压力传感器物体C右边有一个竖直的直尺，可以测出挂钩下移的距离整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度g取9.8 m/s2.实验操作如下：不悬挂物体C，让系统保持静止，确定挂钩的位置O，并读出压力传感器的示数F0；每次挂上不同质量的物体C，用手托住，缓慢释放，测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离x1，并读出相应的压力传感器的
9、示数F1；以压力传感器示数为纵轴，挂钩下移的距离为横轴，根据每次测量的数据，描点作出Fx图象如图所示由图象可知，弹簧劲度系数k_N/m.【解析】对物块B，由平衡条件得Fkm0g，则F2m0gkx.图象的斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数，故k98 N/m.【答案】98题型2实验目的创新 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kY，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的单位应该是()ANBmCN/mDPa(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实
10、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_(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录请作出Fx图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k_N/m.拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.0(4)这种橡皮筋的Y值等于_【解析】(1)在弹性限度内，弹力F与伸长量x成正比，Fkx，由题意可知k，则FkxYx，解得杨氏模量Y，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
11、米刻度尺，b为螺旋测微器(3)根据表格数据，描点、连线，可得Fx图象如图所示根据斜率的物理意义表示劲度系数k，k3.1102 N/m.(4)根据Y求得，Y5106 Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)图见解析3.1102(4)5106 Pa2某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不相连弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图所示向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与
12、小球抛出时的动能Ek相等已知重力加速度大小为g.为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的ABC(填选项前的字母)A小球的质量mB小球抛出点到落地点的水平距离sC桌面到地面的高度hD弹簧的压缩量xE弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek.(3)下图中的直线是实验测量得到的sx图线从理论上可推出，如果h不变，m增加sx图线的斜率会减小(填“增大”“减小”或“不变”)；如果m不变，h增加，sx图线的斜率会增大(填“增大”“减小”或“不变”)由图中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与x的二次方成正比解析：(1)小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为h，小球抛出点到落地点的水平距离为s，则有hgt2，sv0t，解得v0s，所以Ekmv.由此可知需要测量的量有m、s、h，故选A、B、C.(2)由(1)的解析知Ek.(3)在x相同的情形下，弹簧的弹性势能相同，由Epmv可知：在m增加时，速度v0减小，因而h不变时s减小，故sx 图线的斜率减小m不变时，v0不变，h增加时，时间变长，s变大，故sx图线的斜率增大由sx图象可知，s正比于x，即skx.即Epmvx2kx2所以Ep与x的二次方成正比
