實驗:探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系.2.學(xué)會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù).3.能根據(jù)F-x圖象、F-L圖象求出彈簧的勁度系數(shù).
一、實驗器材
彈簧、刻度尺、鉤碼、鐵架臺.
二、實驗原理
1.如圖1甲所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長,平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等.如圖乙,彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出,其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈簧的原長來求得.
圖1
2.建立平面直角坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x,在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組(x,F)對應(yīng)的點,用平滑曲線連接起來,根據(jù)實驗所得的圖象,就可探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系.
三、實驗步驟
1.將彈簧的一端掛在鐵架臺上,讓其自然下垂,用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度L0,即原長.
2.如圖2所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,測出此時彈簧的長度L1,記錄m1和L1.
3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,測出對應(yīng)的彈簧長度,記錄m2、m3、m4、m5、…和相應(yīng)的彈簧長度L2、L3、L4、L5、….
圖2
4.計算出每次彈簧的伸長量x(x=L-L0)和彈簧受到的拉力F(F=mg),并將數(shù)據(jù)填入表格.
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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F/N
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0
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L/cm
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x/cm
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0
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四、數(shù)據(jù)處理
1.建立直角坐標(biāo)系,以F為縱軸、x為橫軸,根據(jù)測量數(shù)據(jù)用描點法作圖.連接各點得出F隨彈簧伸長量x變化的圖線.
2.以彈簧的伸長量為自變量,寫出圖線所代表的函數(shù).首先嘗試一次函數(shù),如果不行則考慮二次函數(shù).
3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義.
五、誤差分析
1.本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶然誤差.為了減小誤差,要盡量多測幾組數(shù)據(jù).
2.彈簧豎直懸掛時,未考慮彈簧自身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差.為了減小該系統(tǒng)誤差,實驗中應(yīng)使用輕質(zhì)彈簧.
一、實驗原理及操作
例1 以下是某同學(xué)所進行的“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗步驟:
(1)將一個彈簧的上端固定在鐵架臺上,豎直懸掛起來,在彈簧下掛一個鉤碼,記下鉤碼的質(zhì)量m1,此時彈簧平衡,彈力大小為F1=m1g,并用刻度尺測量出此時彈簧的長度L1,并記錄到表格中.
(2)再增加鉤碼,重復(fù)上述的操作,得到多組數(shù)據(jù).
(3)以力F為縱軸,以彈簧長度Lx為橫軸,根據(jù)所測的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點.
(4)按坐標(biāo)紙上所描各點的分布與走向,作出一條平滑的曲線(包括直線).
(5)根據(jù)圖線的特點,分析彈簧的彈力F與彈簧長度Lx的關(guān)系,并得出實驗結(jié)論.
以上步驟中有三個不當(dāng)之處,請將不合理的地方找出來并進行修正.
答案 見解析