第6講實驗：探究彈力與彈簧伸長的關系fuxi復習內容1.探究彈簧彈力與形變量的定量關系。2.實驗創新與拓展一、實驗目的：1．探究彈力和彈簧伸長的定量關系。2．學會用列表法和圖象法處理實驗數據。二、實驗原理：

彈簧受到拉力作用會伸長，平衡時彈簧產生的彈力和外力大小相等；彈簧的伸長量越大，彈力也就越大。三、實驗器材：

鐵架臺、彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標紙。

四、實驗步驟：1.安裝實驗儀器(如圖所示)。2．測量彈簧的伸長量(或總長)及所受的拉力(或所掛鉤碼的質量)，列表作出記錄，要盡可能多測幾組數據。3．根據所測數據在坐標紙上描點，以力為縱坐標，以彈簧的伸長量為橫坐標。4．按照在圖中所繪點的分布與走向，作出一條平滑的曲線(包括直線)，使盡可能多的點落在線上，不能落在線上的點均勻分布在線的兩側，離線較遠的點舍棄。fuxi典例分析【例1】如圖1所示，甲同學用鐵架臺、彈簧和多個已知質量且質量相等的鉤碼探究在彈性限度內彈簧彈力與彈簧伸長量的關系。(1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：_______________。(2)實驗中需要測量的物理量有：__

____________

_。

(3)圖2是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖像，由此可求出彈簧的勁度系數為_

__N/m。圖線不過原點的原因是__________________________。毫米刻度尺彈簧原長、彈簧所受外力與對應的伸長量(或與彈簧對應的長度)彈簧自身存在重力200fuxi典例分析(4)為完成該實驗，乙同學使用同樣的實驗器材，設計的實驗步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F)對應的點，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個……鉤碼，分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應的刻度，并記錄在表格內，然后取下鉤碼；E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關系式。首先嘗試寫成一次函數，如果不行，則考慮二次函數；F．解釋函數表達式中常數的物理意義；G．整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：____________。CBDAEFG五、實驗數據的處理及結論：2．圖象法以彈簧伸長量x為橫坐標、彈力F為縱坐標建立坐標系，描出F、x各組數據相應的點，作出的擬合曲線是一條過坐標原點的直線。1．列表法將測得的F、x填入設計好的表格中，可以發現彈力F與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內是相等的。3．結論彈簧的彈力F與其形變量成正比。六、注意事項：1．安裝實驗裝置：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。2．不要超過彈性限度：實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性限度。3．盡量多測幾組數據：要使用輕質彈簧，且要盡量多測幾組數據。4．觀察所描點的走向：不要畫折線。描點畫線時，所描的點不一定都落在一條直線上，但應注意不在直線上的點要均勻分布在直線的兩側。5．統一單位：記錄數據時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。七、誤差分析：1.鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確以及畫圖時描點連線不準確等都會引起實驗誤差。3.水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,故圖像橫軸截距不為零。（如圖2中虛線）2.懸掛鉤碼數量過多,導致彈簧的形變量超出其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發生彎曲。（如圖1中虛線）圖1圖2fuxi典例分析【例2】一個實驗小組做“探究彈簧彈力與彈簧伸長關系”的實驗。(1)甲同學采用如圖a所示裝置，質量不計的彈簧下端掛一個小盤，在小盤中增添砝碼，改變彈簧的彈力，實驗中作出小盤中砝碼重力隨彈簧伸長量x變化的圖像如圖b所示。(重力加速度g＝10m/s2)①利用圖b中圖像，可求得該彈簧的勁度系數為________N/m。②利用圖b中圖像，可求得小盤的質量為________kg，小盤的質量會導致彈簧勁度系數的測量結果與真實值相比________(選填“偏大”“偏小”或“相同”)。2000.1相同fuxi典例分析【例2】一個實驗小組做“探究彈簧彈力與彈簧伸長關系”的實驗。(2)為了制作一個彈簧測力計，乙同學選了A、B兩根規格不同的彈簧進行測試，根據測得的數據繪出如圖c所示的圖像，為了制作一個量程較大的彈簧測力計，應選彈簧________(填“A”或“B”)；為了制作一個精確度較高的彈簧測力計，應選彈簧________(填“A”或“B”)。BA八、實驗創新：創新一：實驗思路1．彈力的獲得：彈簧豎直懸掛，鉤碼的重力大小等于彈簧的彈力→壓力傳感器測彈簧彈力；彈簧水平放置，消除彈簧自重的影響。2．長度的獲得：刻度尺測量→游標卡尺測量。3．圖像的獲得：根據測得的數據在坐標紙上作圖→由傳感器和計算機輸入數據得到圖像。fuxi典例分析【例3】某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數，緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內徑)逐個從管口滑進，每滑進一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內鋼球的個數n和彈簧上端對應的刻度尺示數Ln，數據如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內，采用逐差法計算彈簧壓縮量，進而計算其勁度系數。fuxi典例分析

6.046.05348.6八、實驗創新：創新二：實驗目的1．將兩個彈簧“串聯”或“并聯”。2．探究彈簧勁度系數與彈簧原長、“粗細”的關系。八、實驗創新：創新三：實驗過程

fuxi典例分析【例4】在探究彈力和彈簧伸長的關系時，某同學先按圖1對彈簧甲進行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙并聯起來按圖2進行探究。在彈性限度內，將質量為m＝50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，分別測得圖1、圖2