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1、实验一探究弹力和弹簧伸长的关系,1.探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。,1.弹簧上的弹力与使它发生形变的外力在数值上是相等的，用悬挂法测量弹簧的弹力时，当弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。2.弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出，其伸长量可以用弹簧的长度减去原长求得，这样就可以定量研究弹力与弹簧伸长量之间的关系了。,铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸,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
2、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。,二、数据处理1.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。按图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定都正好在这条线上，但要注意使各点大致均匀分布在曲线两侧，个别点若偏离较大，可以舍去，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。,2.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
3、则考虑二次函数。3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。,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。,(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图像上描点、作图不准
4、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。,2.本实验中，采用图像法处理数据，描点连线时应注意什么原则？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：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。,类型一 实验原理及数据处理 【典例1】(2012广东高考)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
5、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。,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_。,静止,L3,1mm,(3)如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_(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)。,Lx,4.9,10,【解析】
6、(1)略。(2)略。 (3)由题图可知，在纵轴每增加0.01 kg时，横轴x的增加量为210-2 m，弹簧长度L1与L0的差值为410-2 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 ，砝码盘的质量答案：(1)竖直 (2)静止 L3 1 mm (3)Lx (4)4.9 10,类型二 实验创新设计 【典例2】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。,(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描
7、点在坐标图中，请作出F-L图线。,(2)根据F-L图线可得出该弹簧的原长L0_cm，劲度系数k_N/m。(3)根据该同学的实验情况，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)。,5,20,【解析】(1)描点连线法。用平滑的曲线将各点连接起来，使点落在图线上,不能落在线上的点均匀分布在图线两侧,偏离图线过远的点应舍去,如图所示。,(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，L0510-2 m5 cm。劲度系数为图像直线部分的斜率，k20 N/m。(3)实验应记录弹力(钩码重力)和对应弹力的弹簧长度。记录数据的表格如表:答案:见解析,实验二验证力的平行四边形
8、定则,1.验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。2.练习使用弹簧测力计。,使一个力F的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同，就是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以F就是F1、F2的合力，作出F的图示。再根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示，比较F和F的大小和方向是否相同。,方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔,一、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。,3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置
9、O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数F1和F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。,4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数F和细绳套的方向。5.改变两个力F1与F2的大小和夹角再重复实验两次。,二、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的F的方向作出这只弹簧测力计的拉力F的图示。3.比较F和用平行四边形定则求出的合力F在大小和
10、方向上是否相同。,1.在实验中，每次都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法？若仅保持两次橡皮条的伸长长度相同而不使橡皮条的结点拉到同一位置,能否验证平行四边形定则？,提示：(1)每次实验须保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法。(2)由于力是矢量，不仅有大小,还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则。,2.本实验中对两只弹簧测力计有何要求？使用时应注意哪些问题？提示：(1)本实验中的两只弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水
11、平对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换或调校，直至相同为止。(2)使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它的测量范围。(3)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦。(4)读数时应正对、平视刻度。,3.本实验中哪些方面容易导致误差的产生？如何减小误差？提示：(1)读数误差。减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；弹簧测力计指示数值在允许的情况下，尽量大一些，读数时视线要垂直于刻度盘，要按有效数字正确读数和记录。(2)作图误差。减小作图误差的方法：严格作图，作图时两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2间的夹角越大
12、，用平行四边形作出的合力F的误差就越大，但也不宜过小，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大，但也不宜过小，以60到120之间为宜。,类型一 对实验步骤的理解 【典例1】(2013大庆高一检测)某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是A.在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；,C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计
13、的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E.只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳套的方向，按同一标度作出这个力F的图示；F.比较力F和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。,上述步骤中：(1)有重要遗漏的步骤的序号是_和_ 。(2)遗漏的内容分别是_和_。 答案：(1)C E (2)记录两细绳套的方向 把结点拉至O点,C,E,记录两细绳套的方向,把结点拉至O点,类型二 实验原理及数据处理【典例2】(2012浙江高考)在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计。(1)为完成实验，某同学另找来一根弹
14、簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如表：,用作图法求得该弹簧的劲度系数k=_N/m。,53,(2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其读数为_N；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在图中画出这两个共点力的合力F合。(3)由图得到F合=_N。,2.10,【解析】(1)根据表中数据描点，得一条过原点的直线，如图所示，直线的斜率即为弹簧的劲度系数,则k=,(2)读出弹簧测力计的读数为2.10 N。以O为顶点，画出两绳套方向就是两拉力方向，再确定并画好力的标度，画出两拉力的图示，以两拉力为邻边作出平行四边形，画出平行四边形的对角线，即合力F合，如图所示。,(3)用刻度尺量出合力的长度，根据确定的标度算出合力的大小。答案：(1)53(说明：2内均可)(2)2.10(说明：有效数字位数正确，0.02内均可) 图见解析(3)3.3(说明：0.2内均可),再见！,
