1.实验思路
(1)如图1所示,弹簧弹力(F)等于悬挂钩码的重力。
图1
(2)弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(l)减去原长(l0)。
(3)多测几组,出F粘尘辊与x的关系。
2.实验器材
铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。
3.实验步骤
(1)安装实验器材。
(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表作出记录,要尽可能多测几组数据。
(3)根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标。
(4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 (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,如果不行再考虑二次函数。
1.数据处理
(1)列表法
将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的。
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以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出生物态硒F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。
(3)函数法
弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。
2.注意事项
(1)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过度拉伸,超过弹簧的弹性限度。
(2)尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。
(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。
212资源(4)统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。
3.误差分析
(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确都会引起实验误差。
(2)悬挂
图2
钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。如图2所示。
(3)水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。如图3所示。
图3
命题点一 教材原型实验
作图处理数据的规则
(1)要在坐标轴上标明代表的物理量符号、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数
据特点正确确定坐标起点,使所作出的图像尽可能占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标的起点可以不从零开始。
(2)作图线时,尽可能使直线通过较多的点,不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远,则是因偶然误差太大所致,应舍去)。
(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义,注意分析图像的斜率、截距的意义。
【例1 (2021·南开区模拟)(1)某次研究“弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系”实验时得到如图4甲所示的F-L图像。由图像可知:弹簧原长L0=________cm,由此求得弹簧的劲度系数k=________N/m。
图4
(2)如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G=1 N),使(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图乙,则指针所指刻度尺示数为________cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为________个。
答案 (1) 3.0 200 (2)1.50 3
解析 (1)由题图甲可知,弹簧原长L0=3.0 cm。由胡克定律F=kΔx,得k== N/m=200 N/m。
(2)由题图乙可知,指针所指刻度尺示数为L=1.50 cm。设钩码个数为n,由胡克定律得nG=k(L0-L),解得红外线烘干箱n===3。
【针对训练1】 (2021·南通市调研)(1)小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系”提前放电避雷针的实验。