物理人教總復(fù)習(xí)相互作用實驗二

實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系【實驗?zāi)康摹?.探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系。2.學(xué)會利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，探究物理規(guī)律?！緦嶒炘怼?.如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。2.用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，并根據(jù)圖線特征擬合，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與彈簧伸長量間的關(guān)系?！緦嶒炂鞑摹胯F架臺、毫米刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)、三角板、鉛筆、重垂線、坐標(biāo)紙等。【實驗過程】1.根據(jù)實驗原理圖，將鐵架臺放在桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度尺(分度值為1mm)固定于鐵架臺上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直。2.記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度l0，即彈簧的原長。3.在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時測出彈簧的長度l，求出彈簧的伸長量x和所受的外力F(等于所掛鉤碼的重力)。4.改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上述實驗，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)，將所測數(shù)據(jù)填寫在表格中。記錄表：彈簧原長l0=_________cm。

次數(shù)內(nèi)容123456拉力F/N彈簧總長/cm彈簧伸長/cm【數(shù)據(jù)處理】1.以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)，用描點法作圖，連接各點得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線。2.以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù)表達式，并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。【誤差分析】1.系統(tǒng)誤差：鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確和彈簧自身重力的影響造成系統(tǒng)誤差。2.偶然誤差：(1)彈簧長度的測量造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。(2)作圖時的不規(guī)范造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫圖時要用細鉛筆作圖，所描各點盡量均勻分布在直線的兩側(cè)?！咀⒁馐马棥?.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，要注意觀察，適可而止。2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使坐標(biāo)點的間距盡可能大，這樣作出的圖線準(zhǔn)確度更高一些。3.測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時測量，以免增大誤差。4.描點畫線時，所描的點不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。5.記錄實驗數(shù)據(jù)時要注意彈力、彈簧的原長l0、總長l及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。6.坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中。熱點一教材原型實驗典例1

某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗。(1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時彈簧的伸長量Δl為_____cm。

(2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是_________。(填選項前的字母)

A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是

。

【解析】(1)由題圖乙知，讀數(shù)為14.66cm，所以彈簧伸長量Δl=(14.66-7.73)cm=6.93cm。(2)若隨意增減鉤碼，作圖不方便，有可能會超出彈簧的彈性限度，所以應(yīng)逐一增掛鉤碼，選項A正確。(3)由題圖丙知AB段彈簧伸長量與彈力不成線性關(guān)系，是因為鉤碼重力超過彈簧的彈性限度。答案：(1)6.93

(2)A(3)鉤碼重力超過彈簧的彈性限度【解題通法】數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)解析法：以彈簧的伸長量為自變量，嘗試寫出彈力和彈簧伸長量的函數(shù)解析式，首先嘗試一次函數(shù)，如果不行再考慮二次函數(shù)。(2)列表法：將測得的F、x填入設(shè)計好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力F與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的。(3)圖象法：以彈簧伸長量x為橫坐標(biāo)，彈力F為縱坐標(biāo)，描出F、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點，作出的擬合曲線是一條過坐標(biāo)原點的直線。熱點二創(chuàng)新拓展實驗題型1實驗裝置改進典例2某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中，利用所學(xué)的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一深度為h=0.25m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的另一端位于筒內(nèi))，如圖甲所示，如果本實驗的長度測量工具只能測量出距筒口右端彈簧的長度l，現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù)，該同學(xué)通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變l，作出F-l變化的圖線如圖乙所示。 (1)由此圖線可得出的結(jié)論是

。

(2)彈簧的勁度系數(shù)為_________________N/m，彈簧的原長l0=_____m。

(3)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：__________________________

；

缺點在于：____________________________

。

【創(chuàng)新點分析】(1)彈簧水平放置，避免彈簧自身重力對實驗的影響。(2)利用F-l圖象進行數(shù)據(jù)處理，而非F-x圖象。【解析】(1)在彈性限度內(nèi)，彈力與彈簧的伸長量成正比。(2)由ΔF=kΔx和乙圖可知：(30-10)=k×20×10-2，所以k=100N/m，由乙圖可知F=20N時，l=10cm=0.1m，所以20=k(0.1+0.25-l0)，即l0=0.15m。(3)優(yōu)點是避免彈簧自身重力對實驗的影響，缺點是彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差。答案：(1)在彈性限度內(nèi)，彈力與彈簧的伸長量成正比(2)100

0.15(3)避免彈簧自身重力對實驗的影響彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差題型2實驗原理、目的創(chuàng)新典例3橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)，伸長量x與彈力F成正比，即F=kx，k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān)，理論與實踐都表明k=Y，其中Y是一個由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)上稱之為楊氏模量。 (1)在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應(yīng)該是 (

)A.N

B.m

C.N/m

D.Pa(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y的值。首先利用測量工具a測得橡皮筋的長度L=20.00cm，利用測量工具b測得橡皮筋未受到拉力時的直徑D=4.000mm，那么測量工具a應(yīng)該是_____________________，測量工具b應(yīng)該是

。

(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的實驗記錄。請作出F-x圖象，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k=_________N/m。

拉力F/N510152025伸長量x/cm1.63.24.76.48.0(4)這種橡皮筋的Y值等于_______。

【創(chuàng)新點分析】(1)研究對象由彈簧變?yōu)橄鹌そ睢?2)分析的物理量變?yōu)闂钍夏Ａ縔?！窘馕觥?1)在彈性限度內(nèi)，彈力F與伸長量x成正比，F(xiàn)=kx，由題意可知k=，則F=kx=Y·x，解得楊氏模量Y=，各物理量取國際單位得楊氏模量的單位是N/m2=Pa，選項D正確。(2)根據(jù)精確度判斷可知a為毫米刻度尺，b為螺旋