第4章 实验：探究弹簧伸长量与弹力的关系-2021-2022学年高中物理必修1【名师导航】同步Word教参(鲁科版)

实验：探究弹簧伸长量与弹力的关系 [学习目标]　1.探究弹簧伸长量与弹力之间的关系．　2.学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据． 一、实验原理和方法 1．用悬挂法测量弹簧的弹力F 弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂的钩码的重力相等，即F＝mg. 2．测出弹簧的伸长量x 弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，其伸长量x＝l－l0. 3．探究弹力和弹簧伸长量的关系 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，就可探知弹力和弹簧伸长量的关系． 二、实验器材 铁架台、下端带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸． 三、实验步骤 1．如图所示，将弹簧上端固定在铁架台上，在弹簧旁边固定一刻度尺，刻度尺的零刻度线与弹簧的上端重合．读出弹簧的原长l0填入下表． 2．在弹簧下挂一个钩码，测出弹簧的总长度l1.然后再在弹簧下挂一个钩码，测出弹簧的总长度l2……将各次弹簧总长度计入下表相应的表格内． 3．根据每个钩码的质量计算出其重力．弹簧的弹力的大小等于所挂钩码的重力，即F1＝mg、F2＝2mg、F3＝3mg…将各次弹簧弹力大小填入下表相应表格内． 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 拉力F/N 弹簧总长度l/cm 弹簧伸长x/cm 弹簧原长l0/cm 四、数据处理 1．图象法 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．可以发现F­x图线是一条过原点的直线． 2．函数法 弹力F与弹簧的伸长量x应满足函数F＝kx的关系． 五、误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 测弹簧长度的读数不准 钩码静止，眼睛平视 偶然 误差 描点画图不准 点描小些，画图时点尽可能在线上，不在线上的点尽可能分布在线的两侧 系统误差 弹簧自重 选轻质弹簧 六、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度． 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间距尽量大些，这样作出的图线更精确． 3．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． 4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位． 5．尽量选用轻质弹簧以便能忽略自身重力的影响. 【例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________(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10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如表： 代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值/cm 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 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值为________． (3)如图是该同学根据表中数据作的关系图线，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．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2) 解析：(1)当弹簧轴线与刻度尺竖直平行时，刻度尺读数才能准确反映弹簧的长度及长度的变化，故都应在竖直方向． (2)当弹簧静止时，刻度尺读数才准确，题中L3保留小数点后一位，应保留两位，所以L3记录不规范，刻度尺的精确度为1 mm，所以最小分度值为1 mm. (3)由题图可知，在纵轴每增加0.01 kg时，横轴x的增加量为2×10－2 m，而且弹簧长度L1与L0的差值为4×10－2 m，所以横轴是弹簧长度与Lx的差值． (4)由题图可知，弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速度的乘积，即k＝＝10 g. N/m＝4.9 N/m，砝码盘的质量m0＝ 答案：(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm　(3)Lx　(4)4.9　10 【例2】　某同学在探究弹力与弹簧伸长量的关系时，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，然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10 g．实验数据如下表所示．(弹力始终未超出弹簧的弹性限度，g取10 N/kg) 钩码质