第二章相互作用力第四节实验.doc

12.4 实验实验一 探索弹力和弹簧伸长的关系一.实验目的1.探究弹力和弹簧伸长的关系.2.要学会用列表法和图象法处理实验数据.3.培养学生对物理规律的探究能力.二.实验器材铁架台、弹簧、刻度尺、钩码、三角板、坐标纸、重锤线三.实验原理1.如图 2-4-1 所示,弹簧下端挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.2.弹簧的长度可以用刻度尺直接测量,伸长量可以用拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样就可以研究弹簧的弹力弹簧伸长量之间的定量关系了.四.实验步骤1.如图 2-4-2 所示,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 ,即原长0L2.在弹簧自由端挂上钩码,待弹簧稳定后,记录下弹簧的长度及钩码的个数,填写在记录表格里.3.改变钩码的个数,重复前面的实验过程,再读几组数据,并将数据记录在表格中.钩码个数 长度 伸长量 x弹力 F0 =0L1 =1 01Lx=12 =2L2=2F3 =3 03x=3… …… …图 2-4-1m图 2-4-22五.数据处理1.根据所测数据,以弹力 为纵坐标,以弹簧伸长量 为横坐标.用描点作图Fx法画出 F—x 图象.2.按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线,所画的点不一定正好都在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同.3.以弹簧的伸长为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数或其他函数.4.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.六.误差分析1.弹簧拉力大小的不稳定2.弹簧长度测量不准3.描点、作图不准七.注意事项1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使描的点快尽可能稀一些，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，以免增大误差.4.描点画线时，所描的点不一定都落在一条线上，但应注意一定要使各点均匀分布的两侧.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.6.坐标轴的标度要适中.八.典型题例例 1.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，以下说法正确的是（ ）A．弹簧被拉伸时，不能超妯它的弹性限度B．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平衡状态C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量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3例 2． （2011·安徽卷）为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。

实验测出了砝码的质量 m 与弹簧长度 l 的相应数据，其对应点已在图 2-4-3 中标出.（g=9.8m/s 2)(1)作出 m-l 的关系图线；(2)弹簧的劲度系数为 N/m.例 3． （2010·浙江卷）在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码（每个钩码的质量均为 m=0.1kg，取 g=10m/s2） ，并记录绳下端的坐标 X 加 i（下标 i 表示挂在绳下端钩码个数） 然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标 X 减 i，绳下端面坐标的值 Xi＝（X 加 i+X 减 i）/2 的数据如下表：橡皮绳下端的坐标（X i/mm）挂在橡皮绳下端的钩码个数甲 乙1 216.5 216.52 246.7 232.3 284.0 246.54 335.0 264.25 394.5 281.36 462.0 301.0（1）同一橡皮绳的 X 加 i________ X 减 i（填“大于”或“小于” ） ；（2）________同学的数据更符合实验要求（填“甲”或“乙” ） ；（3）选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数 k（N/m ） ；（4）为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？图 2-4-3m/克l/厘米2.52.01.51.00.50.08.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0××××××4九. 能力综合训练营1.（2012 惠州调研）某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验。

他先把弹簧平放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，挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度 L，把 L－ L0 作为弹簧伸长量 x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是 ( C )2.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧 a 和 b，得到弹力与弹簧长度的图象如图 2-4-4 所示，下列表述正确的是 （ B ）A．a 的原长比 b 的长B．a 的劲度系数比 b 的大C．a 的劲度系数比 b 的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比3．(2010 年厦门模拟)如图 2-4-5(甲)所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如 2-4-4 图(乙)所示．则下列判断正确的是 ( BCD )A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C．该弹簧的劲度系数是 200 N/mD．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变图 2-4-5图 2-4-454.（2010·福建理综）某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。

实验时，将原长约 200mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码（质量均为 20g） ，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上 10 只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量 Δl 与拉力 F 关系的图像如图 2-4-6 所示从图像中可以得出 ( D ) A．增挂钩码时 Δl 与 F 成正比，而减挂钩码时 Δl 与 F 不成正比B．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大C．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等D．增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度5.某同学用如图 2-4-7 所示装置做“ 探究弹力和弹簧伸长关系”的实验.他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(g 取 9.8 m/s2) （1）根据所测数据，在图 2-4-8 所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺的刻度 x与钩码质量 m 的关系曲线.图 2-4-6F/N图 2-4-7F/N图 2-4-8F/N6（2）根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在　　　　N 范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格的弹簧的劲度系数为　　　　N/m.6.（2008 年北京卷）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数 k。

做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作 L0，弹簧下端挂一个 50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作 L1，弹簧下端挂两个 50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作 L2;……；挂七个 50g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作 L7.①下表记录的是该同学已测出的 6 个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是 和 ．测量记录表：②实验中，L 3 和 L7 两个值还没有测定，请你根据图 2-4-9 将这两个测量值填入记录表中.③为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：cm，1406.9dLcm， cm251.3627.0dL请你给出第四个差值： = ＝ cm. 4④根据以上差值，可以求出每增加 50g 砝码的弹簧平均伸长量 ΔLΔL 用d1、d 2、d 3、d 4 表示的式子为：ΔL ＝ ，代入数据解得 ΔL＝ cm.图 2-4-97⑤计算弹簧的劲度系数 k＝ N/m.（g 取 9．8m/s 2）参考答案一. 例题答案及部分解答例 1．[答案] AB 例 2．[答案]（1）如图所示；（2）0.248~0.262 均正确例 3． 【答案】 （1）小于 （2）乙（3）57~70N/m（4 ）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。

解析】 （1）小于（因为橡皮绳在伸长后不能完全恢复到原来的长度）（2）乙（因为甲同学的数据中只有前几个数据可认为在弹性范围内）（3）改变量（X i-X1）/mm挂在橡皮绳下端的钩码个数甲 乙12 30.2 15.53 67.5 30.04 118.5 47.75 178.0 64.86 345.5 84.5由上表作图得m/克l/厘米2.52.01.51.00.50.08.0 10.0 14.0 16.0 18.0××××××0 15 30 45 60 75 60123456(Xi-X1)/mm8由图得 N/m　=570k:乙（4）尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差.二. 能力综合训练营答案1. C 2. B 3．BCD 4. D 5.解析：（1）根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应让尽量多的点落上，偏差比较大的点舍去，不上的点尽量均匀分布的两侧，如图所示.（2）根据所画图象可以看出，当 m≤5.00×102 g＝0.5 kg 时，标尺刻度 x 与钩码质量 m 成一次函数关系，所以在 F≤4.9 N 范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，由胡克定律 F＝k Δx可知，图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度系数 k，即k＝ ＝ ＝25.0 N/m.ΔFΔx 4.9 N19.6×10－ 2 m答案：(1)见解析 　(2)0 ～ 4.9　25.06. (1) L5　L 6　(2) 6.85　 14.05 (3) L7－L 3　 7.20(4) 　 1.75 　(5) 28d1＋ d2＋ d3＋ d44×4解析：(1)L 5、L 6两组数据在读数时均没有估读.(2)根据表格已知读数，刻度尺上端的刻度数小，因而 L3＝6.85 cm，L 7＝14.05 cm.(3)题中三组数据在寻求多挂 4 个砝码形成的长度差，故d4＝L 7－L 3＝(14.05－6.85)cm＝7.20 cm.9(4)每增加 4 个砝码弹簧的平均伸长量 Δ L1＝ ，则每增加d1＋ d2＋ d3＋ d441 个砝码弹簧的平均伸长量 Δ L＝ ＝ ，代入数据求得Δ L14 d1＋ d2＋ d3＋ d44×4Δ L＝1.75 cm.(5)由(3)(4)可知，弹力 F 和弹簧伸长量 Δ L 成正比，即满足 F＝ kΔ L，代入数据k＝ ＝ N/m＝28 N/m.FΔ L 50×10－ 3×9.81.75×10－ 210实验二 验证力的平行四边形定则一.实验目的1.验证力平行四边形定则.2.培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力二.实验原理等效思想：一个力 的作用效果与两个共点力 F1 和 F2 的共同作用效果都F是让同一条一端固定的橡皮条拉伸长到同一点,所以 为 F1 和 F2 的合力.作出的图示,再根据平行四边形定则作出 F1 和 F2 的 合 力 F 的 图 示 .比较 与 F 的F 大小和方向，验证互成角度的两个力合成时的平行四。