实验02探究弹簧弹力与形变量的关系

实验二探究弹簧弹力和形变量的关系一、实验目的（1）探究弹力和弹簧伸长的关系（2）培养学生实验探究的科学方法二、实验原理（1）弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；（2）在弹性限度内，弹簧的伸长越大，弹力也就越大三、实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸四、实验步骤（l）安装实验仪器（2）测量弹簧的仲长（成总长）及所受的拉力（或所挂钩码的质量）。列表作出记录，要尽可能多测几组数据（3）根据所测数据在坐标纸上描点，以弹力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标（4）按照在图中所绘点的分布与走向，会试作出一条平滑的图线，所画的点不一定正好在这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致均匀分布五、注意事项1．对钩码的要求(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，这样作出的图线更精确。2．测量与记录数据(1)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。(2)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。3．画图象描点线时，注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点均匀分布在线的两侧。六、误差分析1．弹簧测力计本身不够准确造成系统误差。2．弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差。七、基础题型1、如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。(1)为完成实验，还需要的实验器材有：________。(2)实验中需要测量的物理量有：________。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m。图线不过原点是由于________。(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；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把刻度尺；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；E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F．解释函数表达式中常数的物理意义；G．整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：________。2、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1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg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9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)。3.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________(选填“水平”或“竖直”)方向。(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L6。数据如表：符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，符号为________。由表可知所用刻度尺的最小分度为________。(3)如图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______(选填“L0”或“Lx”)的差值。(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。(结果均保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2)八、创新题型1．为探究“影响弹簧受力形变的因素”，兴趣小组猜想如下：猜想一：弹簧形变的大小可能与弹簧的长度有关。猜想二：弹簧形变的大小可能与受力的大小有关。猜想三：弹簧形变的大小可能与弹簧的材料有关。他们选择了甲、乙、丙3根弹簧作为研究对象。已知弹簧甲和丙是同种金属丝，弹簧乙是另一种金属丝，甲和乙原长均为6厘米，丙原长为9厘米，其他条件均相同。将弹簧的一端固定，另一端用弹簧测力计，以不同大小的力拉，下表是记录的实验数据。弹簧受到的拉力/N01.02.03.04.05.06.07.0甲弹簧的长度/cm6.06.67.27.88.49.09.610.6乙6.07.08.09.010.011.012.013.0丙9.09.910.811.712.613.514.415.9(1)分析表中数据可知，在拉力相同的情况下，甲弹簧伸长的长度________(填“大于”或“小于”)乙弹簧伸长的长度。(2)要证实猜想一，需比较________两根弹簧的数据。(3)在弹性限度内，同一弹簧的________与它所受的拉力成正比。(4)若他们要制作精确程度较高的弹簧测力计，可以选用原长更________(填“长”或“短”)的________(填“甲”或“乙”)弹簧。2.用如图所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系。轻弹簧上端固定一个力传感器，然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出。用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量。测量数据如表格所示：伸长量x/(×10－2)m2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在下图的坐标纸上描绘出能够正确反应弹力与伸长量关系的图线。(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为________(保留两位有效数字)。3.(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时，得到如图(a)所示的F­L图象，由图象可知：弹簧原长L0＝________cm，求得弹簧的劲度系数k＝________N/m。(2)按如图(b)的方式挂上钩码(已知每个钩码重G＝1N)。使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图(b)，则指针所指刻度尺示数为________cm。由此可推测图(b)中所挂钩码的个数为________个。4.某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。(1)实验中涉及下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是________(填入代表步骤的序号)。(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s。比较两纸带可知，________(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。图(a)图(b)5．某同学利用图1所示装置来研究弹簧弹力与形变量的关系。设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间由轻弹簧相连，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块C。物块B下放置一压力传感器。物块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＝9.8m/s2。实验操作如下：(1)不悬挂物块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。(2)每次挂上不同质量的物块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xi，并读出相应的压力传感器的示数Fi。(3)以压力传感器示数为纵坐标，挂钩下移距离为横坐标，根据每次测量的数据，描点作出F­x图像如图2所示。①由图像可知，在实验误差范围内，可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成________(选填“正比”“反比”或“不确定关系”)；②由图像可知：弹簧劲度系数k＝________N/m。答案：基础题型1.(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)200弹簧有自重(4)CBDAE