實驗02探究彈簧彈力與形變量的關系

實驗二探究彈簧彈力和形變量的關系一、實驗目的（1）探究彈力和彈簧伸長的關系（2）培養(yǎng)學生實驗探究的科學方法二、實驗原理（1）彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(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（l）安裝實驗儀器（2）測量彈簧的仲長（成總長）及所受的拉力（或所掛鉤碼的質(zhì)量）。列表作出記錄，要盡可能多測幾組數(shù)據(jù)（3）根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，以彈力為縱坐標，以彈簧的伸長為橫坐標（4）按照在圖中所繪點的分布與走向，會試作出一條平滑的圖線，所畫的點不一定正好在這條圖線上，但要注意使圖線兩側的點數(shù)大致均勻分布五、注意事項1．對鉤碼的要求(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，從而使坐標上描的點盡可能稀，這樣作出的圖線更精確。2．測量與記錄數(shù)據(jù)(1)測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量。(2)記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。3．畫圖象描點線時，注意一定要使盡可能多的點落在線上，其余各點均勻分布在線的兩側。六、誤差分析1．彈簧測力計本身不夠準確造成系統(tǒng)誤差。2．彈簧測力計讀數(shù)和作圖不準造成偶然誤差。七、基礎題型1、如圖甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個質(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)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________N/m。圖線不過原點是由于________。(4)為完成該實驗，設計實驗步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F(xiàn))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，并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(nèi)，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(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)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：________。2、如圖(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針。現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950cm；當托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm。當?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.某同學探究彈力與彈簧伸長量的關系。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側。彈簧軸線和刻度尺都應在________(選填“水平”或“豎直”)方向。(2)彈簧自然懸掛，待彈簧________時，長度記為L0；彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6。數(shù)據(jù)如表：符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，符號為________。由表可知所用刻度尺的最小分度為________。(3)如圖是該同學根據(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度有關。猜想二：彈簧形變的大小可能與受力的大小有關。猜想三：彈簧形變的大小可能與彈簧的材料有關。他們選擇了甲、乙、丙3根彈簧作為研究對象。已知彈簧甲和丙是同種金屬絲，彈簧乙是另一種金屬絲，甲和乙原長均為6厘米，丙原長為9厘米，其他條件均相同。將彈簧的一端固定，另一端用彈簧測力計，以不同大小的力拉，下表是記錄的實驗數(shù)據(jù)。彈簧受到的拉力/N01.02.03.04.05.06.07.0甲彈簧的長度/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，甲彈簧伸長的長度________(填“大于”或“小于”)乙彈簧伸長的長度。(2)要證實猜想一，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力計，可以選用原長更________(填“長”或“短”)的________(填“甲”或“乙”)彈簧。2.用如圖所示的實驗裝置研究彈簧的彈力與形變量之間的關系。輕彈簧上端固定一個力傳感器，然后固定在鐵架臺上，當用手向下拉伸彈簧時，彈簧的彈力可從傳感器讀出。用刻度尺可以測量彈簧原長和伸長后的長度，從而確定伸長量。測量數(shù)據(jù)如表格所示：伸長量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，F(xiàn)為縱坐標，在下圖的坐標紙上描繪出能夠正確反應彈力與伸長量關系的圖線。(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與彈簧長度L關系實驗時，得到如圖(a)所示的F-L圖象，由圖象可知：彈簧原長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)，則指針所指刻度尺示數(shù)為________cm。由此可推測圖(b)中所掛鉤碼的個數(shù)為________個。4.某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖(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，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。(1)實驗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接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測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)。(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際打點結果。打點計時器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s。比較兩紙帶可知，________(填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。圖(a)圖(b)5．某同學利用圖1所示裝置來研究彈簧彈力與形變量的關系。設計的實驗如下：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定滑輪與一個輕質(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右邊有一個豎直的直尺，可以測出掛鉤下移的距離。整個實驗中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度g＝9.8m/s2。實驗操作如下：(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。測出系統(tǒng)穩(wěn)定時掛鉤相對O點下移的距離xi，并讀出相應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，掛鉤下移距離為橫坐標，根據(jù)每次測量的數(shù)據(jù)，描點作出F-x圖像如圖2所示。①由圖像可知，在實驗誤差范圍內(nèi)，可以認為彈簧彈力與彈簧形變量成________(選填“正比”“反比”或“不確定關系”)；②由圖像可知：彈簧勁度系數(shù)k＝________N/m。答案：基礎題型1.(1)刻度尺(2)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)(3)200彈簧有自重(4)CBDAE