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实验二探究弹力和弹簧伸长的关系过程分析导引实验典例精析实验二探究弹力和弹簧伸长的关系知识要点归纳知能优化演练知识要点归纳实验目的1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系．2．学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系．实验原理1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．(注：弹簧质量不计）2．用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．3．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．即寻求F＝kx的关系.实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸．过程分析导引一、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2－4－1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度并测出钩码的重力，填写在记录表格里．图2－4－11234567F/NL/cmx/cm3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．二、实验数据的处理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．连接各点，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，如果不行则考虑二次函数．3．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．三、实验误差的来源1．弹簧长度的测量误差．2．描点画线的作图误差．四、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，从而使坐标上描的点尽可能稀，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．(1)在“探究弹力与弹簧伸长的关系”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实验典例精析实验操作及原理的考查例1(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图2－4－2中的()图2－4－2【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)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来改变对弹簧的拉力，以探索弹力与弹簧伸长的关系，并且拉力和重力平衡，所以选A、B.(2)由于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在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图2－4－3.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．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．实验数据的处理图2－4－3例2(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图2－4－4中，请作出F－L图线．图2－4－4(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．优点在于：________________________________________________________________________.缺点在于：________________________________________________________________________.【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图2－4－5所示：图2－4－5(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－2m＝5cm.劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20N/m.(3)优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差．【答案】(1)见解析(2)520(3)见解析创新实验设计(2011年淮南一中检测)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，理论与实验都表明k＝YSL，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量．例3(1)在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是________．A．NB．mC．N/mD．Pa(2)有一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图2－4－6甲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应该是________；测量工具b应该是________．图2－4－6(3)用如图甲所示的装置就可以测出这种橡皮筋的Y值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录.拉力F(N)510152025伸长量x(cm)1.63.24.86.48.0请在图乙中作出F－x图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________N/m.(4)这种橡皮筋的杨氏模量Y＝________.(保留一位有效数字)【解析】(1)由题意将公式k＝YS/L整理得Y＝kL/S，将各已知量的国际单位代入并整理可知Y的单位为Pa(1N/m2＝1Pa)．(2)20.00cm准确到毫米，故测量工具为毫米刻度尺，而数据4.000mm数据准确到1/100mm，估读到1/1000mm，必为螺旋测微器(又名千分尺)．(3)图象的斜率为橡皮筋的劲度系数，约3.1×102N/m.(4)代入题述公式有Y＝5×106Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)图象略3.1×102(4)5×106Pa本部分内容讲解结束点此进入课件目录按ESC键退出全屏播放谢谢使用