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实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系
第二章 相互作用
目 录
ONTENTS
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一、实验目的
1.探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系.
2.学会利用图象法处理实验数据,探究物理规律.
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二、实验原理与要求
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[基本实验要求]
1.实验原理
弹簧受到拉力作用会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等;弹簧的伸长量越大,弹力也就越大.
2.实验器材
铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸.
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3.实验步骤
(1)安装实验仪器(如实验原理图所示).
(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表做出记录,要尽可能多测几组数据.
(3)根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标.
(4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同.
(5)以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数.
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[规律方法总结]
1.实验数据处理方法
(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.
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(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各组数据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线.
(3)函数法
弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系.
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2.注意事项
(1)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度.
(2)尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据.
(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点的.
(4)统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.
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3.误差分析
(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差.
(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差.
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考点一 教材原型实验
1.[实验原理与实验操作] (1)如图所示,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.
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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:____________________________________________
________________________________________________________________________.
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③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;
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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:________.
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(2)某同学在“探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 mm)上位置的放大图,示数l1=________ cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、