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实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系(课件)


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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.学会用列表法和图象法处理

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物理

量之间的关系. ●实验原理
图 2-4-1

1.如图2-4-1所示,弹簧在下端悬挂
钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力 大小相等.
菜 单

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2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立 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,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.

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●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.





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●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.
菜 单

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●实验过程

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1.如图2-4-2所示,将铁架台放在桌面 上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架台的 横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为 1 mm)固定于铁架台上,并用重垂线检查刻 度尺是否竖直. 图 2-4-2 2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度 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x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力).

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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,将所测数据填写在下列表格中. 记录表:弹簧原长l0=________cm.

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5.以力为纵坐标,以弹簧的伸长为横坐标,根据所测数据 在坐标纸上描点. 6.按照图中各点的分布与走向,作出一条平滑的图线. 所画的点不一定正好都在这条图线上,但要注意使图线两侧 的点数大致相同.

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7.以弹簧的伸长为自变量,写出图线所代表的函数表达
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式,并解释函数表达式中常数的物理意义. ●误差分析

1.钩码标值不准确造成系统误差.
2.弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差.





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●实验改进 本实验的系统误差来自弹簧的重力,所以改进实验的思

路应该是尽可能减小弹簧自重的影响:
1.一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆,在水平

方向做实验.
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2.另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧,通过减小 读数的相对误差来提高实验的精确度.





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3.利用计算机及传感器技术,将弹簧水平放置,且一端固

定在传感器上,传感器与计算机相连,对弹簧施加变化的
作用力(拉力或推力)时,计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变

量的关系图象(如图2-4-3甲、乙所示),分析图象得出结
论.

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甲 图 2-4-3
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(2012·广东高考)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________方向(填“水平”或“竖 直”). (2)弹簧自然悬挂,待弹簧________时,长度记为L0;弹

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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.
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表中有一个数值记录不规范,代表符号为________.由 表可知所用刻度尺的最小分度为________.
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(3)图2-4-4是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝 码的质量,横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或

“Lx”).





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图 2-4-4
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(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m;通过图和表 可知砝码盘的质量为________g.(结果保留两位有效数 字,重力加速度取9.8 m/s2)





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【析 解】 1 为证簧形只砝和码的力 ( ) 保弹的变由码砝盘重引 起所弹轴和度均在直向 ,以簧线刻尺应竖方. 2 弹静时记原 ( 簧止,录长 ) L0; 中 数 表的据 L3 与 他 据 效 其数有 位不,以据 数同所数 L3 不 范 标 数 应 至 规,准据读 cm 位 后 位 的两, 最一应估值精至 后位为计,确 mm 位 所 刻 尺 最 分 为 ,以度的小度 1 mm. 3 由图所砝质为 ( 题知挂码量 ) 0 时,x 为 0, 以 x=L1-Lx. 所 4 由克律 ( 胡定 ) F=kΔx 知,mg=k(L-Lx),即 mg=kx, 以 所图 -3 8 . Δmg ?60-10?×10 ×9 线 率 为 度 数 斜 即 劲 系 k = Δx = N/m = 9 4 . - ?12-2?×10 2 k?Lx-L0? N/m, 理 码 质 同砝盘量 m= g - 9 ×?2 4 . 3 7 5 . -2 3 5 . ?×10 2 = k =0 g 0 k 1 .g =1 g 0 . 8 9 .

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【答案】 (1)竖直 (2)静止
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L3

1 mm

(3)Lx

(4)4.9

10

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(2012·广东实验中学模拟)以下是一位同学做“探
究弹簧形变与弹力的关系”的实验.

(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的,请你帮助这
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位同学按操作的先后顺序,用字母排列出来________. 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,并用平滑的曲线连结起来 B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0





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C.将铁架台固定于桌子上,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1个、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

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E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关
系式 F.解释函数表达式中常数的物理意义





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(2)这 同 探 弹 大 与 簧 长 之 的 系 位学究力小弹伸量间关所 测几数在 的组据图 2-4-5 中 标 已 出 坐上描 :

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图 2-4-5 ①在 中 坐 上 出 图的标作 ②写 曲 的 数 达 出线函表式 F-x 的 线 . 图 (x 用 cm 作 位 ):___ 单 ___ __.





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【解析】

(1)本 考 探 弹 弹 与 变 系 实 题查究簧力形关的

验意 考 考 对 验 骤 识 、验 据 处 方 、 ,在 查 生 实 步 的 记实 数 的 理 法 分析归纳能力.根据实验先后顺序可知,实验步骤排列为 CDE BAF . (2)②由 象 得 图可 F k= x =0 4 . 3 N c / m , 以 F=0 所 4 . 3 x.

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【答案】 (1)CDE BAF
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(2)①如 所 图示

②F=0.43x
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