第3章 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 学案（含答案）

第3章实验:探究弹力和弹簧伸长的关系
一、实验内容
【实验目的】
1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系．
2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律．
【实验原理】（1）.弹簧静止时，kx=mg

（2）.作出F-x图像，就可探知弹簧弹力大小与弹簧伸长量的关系：F与x成正比，斜率等于劲度系数
【实验器材】弹簧、毫米刻度尺（测x=L-L0）、铁架台、钩码若干、三角板和坐标纸（作F-x图像）
重垂线（调整刻度尺竖直）
【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，将已知质量m1的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度L1,把m1，L1填写在记录表格里．

钩码个数
长度
伸长量x
钩码质量m
弹力F=mg
0
L0=
0
0
0
1
L1=
X1= L1-L0
m1=
F1=
2
L2=
X2= L2-L0
m2=
F2=
3
L3=
X3= L1-L0
m3=
F3=
?
?
?
?
?
3.改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m1、m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度L1、L2、L3、L4、L5，并得出每次弹簧的伸长量X1、X2、X3、X4、 X5
4．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．
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，如果不行则考虑二次函数．
6．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．
【 误差分析】
1.本实验的误差来源之一是因为弹簧拉力的大小的不稳定造成的，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，可以提高实验的准确度
2.弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，所以，应尽量准确的测量弹簧的长度
3.描点画线的作图误差．
【注意事项】
1．所挂钩码不要过重，以免超出弹簧的弹性限度．
2．每次所挂钩码的质量差稍大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，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．描线的原则是尽量使各点落在描出的线上，少数点均匀分布在曲线的两侧．不应画折线，而应是平滑的曲线。
5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．
二、例题
如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．
(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：________________.
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m.图线不过原点的原因是由于___________________________________．
(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：
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；
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，写出弹力与弹簧伸长量的关系式．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：________.
三、课堂练习
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________方向(填“水平”或“竖直”)。
(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。数据如下表：
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为________。
(3)图是该 同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“Lx”)
(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)
参考答案
例题：（1）刻度尺（2）弹簧的原长；弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)
（3）200；弹簧自身有重力．（4）CBDAEFG.
课堂练习：（1）竖直（2）静止；L3；1mm（3）Lx（4）4.9；10