高中物理第三章相互作用实验探究弹力和弹簧伸长的关系学案解析版新人教版必修1

实验：研究弹力和弹簧伸长的一、实验目的1．研究弹力与弹簧伸长的关系。2．学会利用列表法、图像法、函数法办理实验数据。3．考证胡克定律。二、实验原理1．以以下图，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，均衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量能够由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就能够研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。3．求弹簧的劲度系数F弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比率系数k＝x，即为弹簧的劲度系数；其他，在F-x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。四、实验步骤1．按以以下图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度

l

0。2．在弹簧下端悬挂一个钩码，均衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。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，

x＝l－l

0表示弹簧的伸长量。1234567F/N0/cmx/cm0五、数据办理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。连结各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，以以下图。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-图线的斜率求解，kF＝。Fxx六、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，其他由于弹簧自己的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自己重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线常常可是原点。七、注意事项1．所挂钩码不要过重，免得弹簧被过分拉伸，高出它的弹性限度。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，这样作出的图线精准。3．测弹簧长度时，必定要在弹簧竖直悬挂且处于均衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并凑近弹簧，免得增大误差。4．描点画线时，所描的点不用定都落在一条直线上，但应注意必定要使各点均匀分布在直线的两侧。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。[例1](1)(多项选择)在“研究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的选项是( )A．弹簧被拉伸时，不可以够高出它的弹性限度B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直地点且处于均衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几个不一样样的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等某同学做“研究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，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，由于弹簧自己重力的影响，最后画出的图线可能是图中的( )[分析](1)本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内经过增减钩码的数目，改变对弹簧的拉力，来研究弹力与弹簧伸长量的关系，因此选A、B。(2)考虑弹簧自己重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x≠0，因此选C。[答案](1)AB(2)C[例2]某同学用以以下图的装置做研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，此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，所得数据列表以下：(重力加快度g＝10m/s2)砝码质量m/102g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/10－2m15.018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.500(1)依照所测数据，在以以下图的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。依照所测得的数据和关系曲线能够判断，在____N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为______N/m。[分析](1)描点作图，以以下图。从图像能够看出在0～5.00N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。依照胡克定律F＝kx得：5.00k＝x＝0.35－0.15N/m＝25.00N/m。[答案](1)看法析图(2)0～5.0025.00一个实验小组在“研究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，使用两条不一样样的轻质弹簧a和b，获取弹力与弹簧长度的图像以以下图。以下表述正确的选项是( )A．a的原长比b的长B．a的劲度系数比b的大C．a的劲度系数比b的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比分析：选

B

由胡克定律知

F＝k(l－l

0)，其中

k为劲度系数，在

F-l

图像上为直线的斜率。由图像知

ka>kb，即

a的劲度系数比

b

的大，B正确，

C错误。a、b

两图线与

l

轴的交点为弹簧的原长，则

a、b的原长分别为

l1和

l2，从图像看出

l1<l2，故

A错误。弹力

F与弹簧的长度

l

是线性关系而不是正比关系，故

D错误。2．某同学利用如图(a)所示的装置做“研究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。他经过实验获取如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线，由此图线可得该弹簧的原长x0＝________cm，劲度系数k＝____________N/m。(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x＝________cm。分析：(1)从题图(b)中能够看出，当外力为零时，弹簧的长度为4cm，即弹簧的原长为4cm，从图中可合适＝2N时，弹簧的长度为8cm，即x＝4cm，F因此劲度系数为k＝F2－2N/m＝50N/m。＝4×10x(2)从题图(c)中可得弹簧的弹力为3.0N，因此从题图(b)中能够找出，当F＝3N时，弹簧的长度为10cm。答案：(1)450(2)103．某同学在研究弹力与弹簧伸长的关系时，设计了如图甲所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，此后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，待静止时，测出弹簧相应的总长度。每只钩码的质量都是10g。实验数据以下表所示。(弹力向来未高出弹簧的弹性限度，g取10N/kg)钩码质量/g01020304050弹簧总长度/cm5.005.506.006.507.007.50弹力大小/N00.10.20.30.40.5(1)试依照这些实验数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的函数关系图像。图像在l轴上的截距的物理意义是________。该弹簧的劲度系数k＝________N/m。分析：(1)依照实验数据描点、连线，所得F-l图像以以下图。图像在l轴上的截距表示弹簧原长。由图像可知，弹簧的劲度系数应等于直线的斜率，F即k＝l＝20N/m。答案：(1)看法析图(2)表示弹簧原长204．某同学在“研究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图甲所示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上地点的放大图，示数l1＝________cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________N(当地重力加快度g9.8m/s2)。要获取弹簧伸长量x，还需要测量的是__________。作出F-x曲线，获取弹力与弹簧伸长量的关系。分析：刻度尺的分度值为1mm，因此刻度尺的读数为l＝25.85cm，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝G＝mg＝2×0.05×9.8N＝0.98N，公式F＝kx中的x是弹簧的形变量，因此要获取弹簧伸长量x，还需要测量弹簧的原长l0。答案：25.85(25.81～25.89均可)0.98弹簧的原长l05．某同学研究弹力与弹簧伸长量的关系。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，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx。在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至6，数据以下表：L代表符号L0Lx1L2L3L4L56LL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________。由表可知所用刻度尺的最小分度为________。以以下图是该同学依照表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“Lx”)。由图可知弹簧的劲度系数为__________N/m，经过图和表可知砝码盘的质量为________g(结果保存两位有效数字，重力加快度取g＝9.8m/s2)。分析：(1)实验器材应竖直搁置。待弹簧静止时测量其长度。L3数值与其他数值的有效数字不一样样，因此该数值记