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一、实验目的1．探究弹力和弹簧伸长量之间的关系．2．学会利用图象法处理实验数据．二、实验原理1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由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和弹簧伸长量之间的定量关系了．三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔．四、实验步骤1．如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直，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，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并测出钩码的重力，填写在记录表格里.3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．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．按照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)，所画的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致均匀．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量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．五、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适当大一些，从而使坐标系上描的点适当稀一些，这样作出的图线精确．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曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．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．六、误差分析1．本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差．2．弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响．3．为了减小误差，要尽量多测几组数据．七、实验改进在“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的关系图线．这样可避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差．实验中应注意的问题[例1](1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是()A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度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(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，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，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把(L－L0)作为弹簧的伸长量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如图所示图象中的()[解析]本题主要考查使用弹簧时应注意的问题，还有用图象法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系．(1)本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，以改变对弹簧的拉力来探索弹力与弹簧伸长的关系．所以选A、B.(2)考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选C.[答案](1)AB(2)C实验数据的处理[例2]某同学用如图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，然后在弹簧下面挂上钩码，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：(重力加速度g＝9.8m/s2)(1)根据所测数据，在所给的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x和钩码质量m的关系曲线．(2)根据所测数据和关系曲线可以判断，在________N范围内弹力大小和弹簧伸长关系满足胡克规律．这种规格弹簧的劲度系数为________N/m.[解析](1)根据实验所测数据在坐标纸上进行描点，所作的图线如图所示．(2)根据所测数据和关系曲线可以判断，在0～4.9N范围内，弹力大小和弹簧伸长关系满足胡克定律．这种规格弹簧的劲度系数为k＝ΔFΔx＝4.90.35－0.15N/m≈25N/m.[答案](1)图象见解析(2)0～4.925[例3]橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关．理论和实践都表明k＝YSl，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量．(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是()A．NB．mC．N/mD．Pa(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋，应用如图所示的实验装置，可以测量出它的杨氏模量Y的值．首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L＝20.00cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000mm，那么测量工具a和b应分别为________、________.(3)用如图(a)所示的装置就可以测量出这种橡皮筋的Y值，下表为橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录，请在图(b)中作出F－x图象.(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为________(保留一位有效数字)．[解析]在国际单位制中k、S、l的单位分别是N/m、m2、m，代入k＝YSl进行单位计算得Y的单位为N/m2，即Pa.由于橡皮筋的长度的测量结果准确到1mm，所以其测量工具为毫米刻度尺，而直径的测量结果准确到0.01mm，估读到0.001mm，所以其测量工具为螺旋测微器．根据表格的数据，作出F－x图象，由图象求出k值，将有关数据代入公式k＝YSl，求出Y值．[答案](1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)如图所示(4)5×106Pa本小节结束请按ESC键返回