2020-2021学年高中人教版物理必修一课件-第三章-3.实验-探究弹力和弹簧伸长的关系

(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关 系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的 主要原因是________________________。
【解析】(1)由题图乙标尺刻度可知示数l2=14.66 cm, Δl=l2-l1=6.93 cm。 (2)为防止弹簧超出弹性限度应逐渐增加钩码的重量, 故选A。 (3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,主要原因 是钩码重力超出弹簧的弹性限度。 答案: (1)6.93 (2)A (3)超出弹簧的弹性限度
实验:探究弹力和弹簧伸长的关系
【实验过程】 一、实验步骤 1.将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度 尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长。
2.如图所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时 弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入设计的表格中。
3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、 m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次 弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。
(2)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源,所以,测 量时视线平视准确读数,尽量精确地测量弹簧的长度。 (3)弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力影响也会带 来系统误差。为减小误差,实验中应使用轻质弹簧。 (4)在F-x图象上描点、作图不准确也会引起误差,所以, 每次所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标纸上描 的点尽可能稀,这样作出的图线更精确。
x
【实验探究】 1.本实验中的误差来源主要在哪几个方面?如何减小误 差?
提示:(1)本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的 不稳定造成读取弹簧长度时产生误差,因此,使弹簧的 悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力, 当弹簧及钩码停止上下振动处于静止状态时测量弹簧 的长度,可以提高实验的精确度。
30 60 90 120 150
弹簧总长(cm) 18.00 21.33 24.60 27.93 31.2 34.56
弹力大小(N)
0
(1)表格记录数据中有一组数据在测量或记录时有错误, 它是第________组数据。 (2)根据实验数据将对应的弹力大小计算出来并填入表 内相应的空格内(保留3位有效数字)。 (3)在坐标纸中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度L之间 的关系图线。
答案: (1)5 (2)0.294 0.588 0.882 1.18 1.47 (3)见解析 (4)8.9 (5)等于
类型3 实验创新设计 【典例3】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹 簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图所示。所用的 每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩 码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度, 其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针 所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为_______cm。
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧 的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是_____。 (填选项前的字母) A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标 尺刻度和对应的钩码总重 B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度 和对应的钩码总重
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标 图中描点如图,请作出F-L图线。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=______cm,劲度系 数k=______N/m。 (3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一 个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数 据)。
(2)本实验还可用如图装置来探究弹力和弹簧伸长量的 关系,所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定 拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将 5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总 长度。这样可避免测弹簧原长时自身重力的影响。
类型1 实验原理及注意事项 【典例1】某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系” 的实验。
类型2 实验数据处理 【典例2】某学习小组利用如图甲所示的装置做探究弹 力和弹簧伸长的关系的实验。实验中,先测出不挂钩码 时弹簧的长度,再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端,稳定 后测出相应的弹簧总长度,将数据填在表中。(弹力始 终未超过弹性限度,g取9.8 m/s2)
记录数据组
1
2
3
4
5
6
钩码总质量(g) 0
(3)在误差允许的范围内,从18 cm开始的一次函数。
(4)图线的斜率表示弹簧的劲度系数k= 1.6N/m≈
0.36 0.18
8.9 N/m。
(5)由胡克定律可知,弹簧弹力的增加量与弹簧的形变
量成正比,即 ΔF=kΔx,因此弹簧的自重不会对劲度系
数产生影响,故劲度系数的测量值与真实值相比相等。
二、数 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,如图所示。
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,
这个常数也可根据F -x图线的斜率求解,k= F 。
2.本实验中,采用图象法处理数据,描点连线时应注意 什么问题? 提示:描点连线时,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。
3.本实验可以做何改进? 提示:(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中, 也可以不测量弹簧的自然长度,而以弹簧的总长作为自 变量,弹力为函数,作出弹力随弹簧长度变化的关系图 线。这样可避免因测弹簧的自然长度而带来的误差。
(4)根据图线求得该弹簧的劲度系数k=________N/m。 (保留2位有效数字) (5)若考虑弹簧自重对第一组数据的影响,弹簧劲度系 数k的实验值________(选填“大于”“小于”或“等 于”)真实值。
【解析】(1)表格中的数据小数点后面的位数应相同,所 以第5组弹簧总长的数据不规范,应为31.20。 (2)弹簧的弹力等于钩码的重力,即F=mg,所以弹力大 小依次为0.294,0.588,0.882,1.18,1.47。