《实验：探究弹簧弹力与形变量的关系》相互作用——力PPT

(2)某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验，他 先把弹簧水平放置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，由于弹簧自身重力的影 响，最后画出的图线可能是选项图中的________。
[解析] (1)弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，伸长量等于弹簧 的长度减去弹簧的原长，故 A 错误；在悬挂钩码时，在不超出量程 的前提下可以任意增加钩码的个数，故 B 错误；用悬挂钩码的方法 给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置，使钩码所受的重力等 于弹簧的弹力，要待钩码静止时再读数，故 C 正确；弹簧所受拉力 与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不 变的，不同的弹簧的劲度系数不同，故 D 错误。
实验器材 轻弹簧、钩码一盒、刻度尺、铁架台、重垂线、坐标纸。
实验步骤 1．按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应
的刻度 l0。
2．在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码 所受的重力。
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－l0 表示弹簧的形变量。 1234567 F/N 0 l/cm x/cm 0
数据处理 1.以弹力 F(大小等于所挂钩码受到的重力)为纵坐
标，以弹簧的形变量 x 为横坐标，用描点法作 图。连接各点，得出弹力 F 随弹簧形变量 x 变 化的图像。由实际作出的 F -x 图像可知，图像为过原点的直线。 2．以弹簧形变量为自变量，写出弹力和弹簧形变量之间的函数
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 图像的斜率求解，k＝ΔΔFx。
解析：(1)根据实验步骤可知，实验中应先组装器材，即 C、B， 然后进行实验，即 D，最后进行数据处理，即 A、E、F。所以 实验的先后顺序为 C、B、D、A、E、F。
(2) 由 胡 克 定 律
F ＝ kx ， 得 劲 度 系 数 为 ： k
甲
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＝
F Δx
＝
4 6×10－2
N/m≈66.7 N/m，k 乙＝ΔFx′′＝4×810－2 N/m＝200 N/m。
(2)实验中用纵轴表示弹簧的伸长量 x，横轴表示弹簧的拉力 F(即所挂钩码受到的重力大小)，由胡克定律 F＝kx 可知，不考虑 弹簧自身重力时图像过原点；如果考虑弹簧自身的重力，弹簧不挂 钩码时伸长量已经不为零，故 A、C、D 错误，B 正确。
[答案] (1)C (2)B
[关键点拨] 解答本题关键：(1)明确实验原理，知道弹簧伸长量、原长 和长度间的关系，明确弹簧的劲度系数由弹簧本身决定；(2)弄 清 x F 图像的意义，需要注意弹簧的水平放置与竖直放置对 横、纵坐标的影响。
实验：探究弹簧弹力与形变量的关系
实验目的 1．探究弹簧弹力与形变量间的关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3．学会根据 F x、F l 图像求出弹簧的劲度系数。
实验原理 1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿着
弹簧的方向拉伸弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发 生形变的拉力在数值上相等；如图所示，在弹簧下端悬挂钩 码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的 重力大小相等。因此我们可以通过对弹簧悬挂不同重物并求 出对应的形变量即可探究弹簧弹力与形变量的关系。
弹簧附近竖直固定刻度尺 D．依次在弹簧下端挂上 1 个、2 个、3 个、4 个、…钩码，当
钩码静止时，记下弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内 E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式 F．解释函数表达式中常数的物理意义
(2)小华同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行 测试，根据测得的数据绘出如图所示的图像，根据 图像，计算出两个弹簧的劲度系数分别为 k 甲＝ _______N/m，k 乙＝_______N/m(结果保留三位有效数字)。 (3)从图像上看，图像上端为曲线，说明该同学没能完全按实验要 求做，图像上端成为曲线是因为____________________________， 若要制作一个精确度较高的弹簧秤，应选弹簧________(填“甲” 或“乙”)。
误差分析
产生原因
减少方法
(1)多组测量 偶然误差 读数、作图误差
(2)所挂钩码的质量差适当大些
系统误差
弹簧自重
选择轻质弹簧
注意事项
1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。
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，这样作出的图像更精确。
3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测 量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。
2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出；形变量可由弹簧伸长后的 长度减去弹簧的原长求得。
3．建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小 F，以横坐标表示 弹簧的形变量 x，在坐标系中描出实验所测得的各组数据(x， F)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，根据实验所 得的图线，即可探究弹簧弹力与形变量间的关系。
[对点训练] 1．在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中：
(1)以下是小明同学准备完成的实验步骤，则实验操作的先后顺 序用字母排列出来为：________。 A．以弹力为横坐标，以弹簧伸长量为纵坐标，用描点法作出
实验图像 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
4．描点画线时，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。
5．记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。
考点一 实验原理与操作
[典例1] (1)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验 中，以下说法正确的是_____。
A．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 B．在悬挂钩码时，可以任意增加钩码的个数 C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖 直位置且处于静止 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出 拉力与伸长量之比相等