實(shí)驗(yàn)02探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)二探究彈簧彈力和形變量的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系（2）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)方法二、實(shí)驗(yàn)原理（1）彈簧受到拉力會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等；（2）在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)越大，彈力也就越大三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙四、實(shí)驗(yàn)步驟（l）安裝實(shí)驗(yàn)儀器（2）測(cè)量彈簧的仲長(zhǎng)（成總長(zhǎng)）及所受的拉力（或所掛鉤碼的質(zhì)量）。列表作出記錄，要盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù)（3）根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，以彈力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)為橫坐標(biāo)（4）按照在圖中所繪點(diǎn)的分布與走向，會(huì)試作出一條平滑的圖線，所畫的點(diǎn)不一定正好在這條圖線上，但要注意使圖線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致均勻分布五、注意事項(xiàng)1．對(duì)鉤碼的要求(1)所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更精確。2．測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)(1)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量。(2)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。3．畫圖象描點(diǎn)線時(shí)，注意一定要使盡可能多的點(diǎn)落在線上，其余各點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)。六、誤差分析1．彈簧測(cè)力計(jì)本身不夠準(zhǔn)確造成系統(tǒng)誤差。2．彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)和作圖不準(zhǔn)造成偶然誤差。七、基礎(chǔ)題型1、如圖甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)質(zhì)量均為m的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：________。(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有：________。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的F-x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________N/m。圖線不過原點(diǎn)是由于________。(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺(tái)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(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E．以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F．解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器。請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：________。2、如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡(jiǎn)化為圖中的指針。現(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)。3.某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在________(選填“水平”或“豎直”)方向。(2)彈簧自然懸掛，待彈簧________時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0；彈簧下端掛上砝碼盤時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x；在砝碼盤中每次增加10g砝碼，彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6。數(shù)據(jù)如表：符號(hào)L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，符號(hào)為________。由表可知所用刻度尺的最小分度為________。(3)如圖是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長(zhǎng)度與______(選填“L0”或“Lx”)的差值。(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為________N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為________g。(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8m/s2)八、創(chuàng)新題型1．為探究“影響彈簧受力形變的因素”，興趣小組猜想如下：猜想一：彈簧形變的大小可能與彈簧的長(zhǎng)度有關(guān)。猜想二：彈簧形變的大小可能與受力的大小有關(guān)。猜想三：彈簧形變的大小可能與彈簧的材料有關(guān)。他們選擇了甲、乙、丙3根彈簧作為研究對(duì)象。已知彈簧甲和丙是同種金屬絲，彈簧乙是另一種金屬絲，甲和乙原長(zhǎng)均為6厘米，丙原長(zhǎng)為9厘米，其他條件均相同。將彈簧的一端固定，另一端用彈簧測(cè)力計(jì)，以不同大小的力拉，下表是記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。彈簧受到的拉力/N01.02.03.04.05.06.07.0甲彈簧的長(zhǎng)度/cm6.06.67.27.88.49.09.610.6乙6.07.08.09.010.011.012.013.0丙9.09.910.811.712.613.514.415.9(1)分析表中數(shù)據(jù)可知，在拉力相同的情況下，甲彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度________(填“大于”或“小于”)乙彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。(2)要證實(shí)猜想一，需比較________兩根彈簧的數(shù)據(jù)。(3)在彈性限度內(nèi)，同一彈簧的________與它所受的拉力成正比。(4)若他們要制作精確程度較高的彈簧測(cè)力計(jì)，可以選用原長(zhǎng)更________(填“長(zhǎng)”或“短”)的________(填“甲”或“乙”)彈簧。2.用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究彈簧的彈力與形變量之間的關(guān)系。輕彈簧上端固定一個(gè)力傳感器，然后固定在鐵架臺(tái)上，當(dāng)用手向下拉伸彈簧時(shí)，彈簧的彈力可從傳感器讀出。用刻度尺可以測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度，從而確定伸長(zhǎng)量。測(cè)量數(shù)據(jù)如表格所示：伸長(zhǎng)量x/(×10－2)m2.004.006.008.0010.00彈力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x為橫坐標(biāo)，F(xiàn)為縱坐標(biāo)，在下圖的坐標(biāo)紙上描繪出能夠正確反應(yīng)彈力與伸長(zhǎng)量關(guān)系的圖線。(2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)為________(保留兩位有效數(shù)字)。3.(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長(zhǎng)度L關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到如圖(a)所示的F-L圖象，由圖象可知：彈簧原長(zhǎng)L0＝________cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。(2)按如圖(b)的方式掛上鉤碼(已知每個(gè)鉤碼重G＝1N)。使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖(b)，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為________cm。由此可推測(cè)圖(b)中所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為________個(gè)。4.某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號(hào))。(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為________m/s。比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。圖(a)圖(b)5．某同學(xué)利用圖1所示裝置來研究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如下：A、B是質(zhì)量均為m0的小物塊，A、B間由輕彈簧相連，A的上面通過輕繩繞過兩個(gè)定滑輪與一個(gè)輕質(zhì)掛鉤相連。掛鉤上可以掛上不同質(zhì)量的物塊C。物塊B下放置一壓力傳感器。物塊C右邊有一個(gè)豎直的直尺，可以測(cè)出掛鉤下移的距離。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度g＝9.8m/s2。實(shí)驗(yàn)操作如下：(1)不懸掛物塊C，讓系統(tǒng)保持靜止，確定掛鉤的位置O，并讀出壓力傳感器的示數(shù)F0。(2)每次掛上不同質(zhì)量的物塊C，用手托住，緩慢釋放。測(cè)出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)掛鉤相對(duì)O點(diǎn)下移的距離xi，并讀出相應(yīng)的壓力傳感器的示數(shù)Fi。(3)以壓力傳感器示數(shù)為縱坐標(biāo)，掛鉤下移距離為橫坐標(biāo)，根據(jù)每次測(cè)量的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作出F-x圖像如圖2所示。①由圖像可知，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為彈簧彈力與彈簧形變量成________(選填“正比”“反比”或“不確定關(guān)系”)；②由圖像可知：彈簧勁度系數(shù)k＝________N/m。答案：基礎(chǔ)題型1.(1)刻度尺(2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)(3)200彈簧有自重(4)CBDAE