资源简介

2.2探究弹力与弹簧伸长量的关系改进实验
一．实验的数据处理和误差分析
实验数据处理的三种方法
(1)图象法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点，以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线．
(2)列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数．
(3)函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系．
误差分析
(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差．
(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差．
例1.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图1所示，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，每次测量相应的弹簧的总长度．
(1)某同学通过以上实验测量后把6组实验数据描点在坐标系图2中，请作出F－L图线．
(2)由此图线可得出弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.
(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．
(4)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：______________________________________________________.
跟踪训练1.某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。实验时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0＝4.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示。
钩码个数 1 2 3 4 5
弹力F/N 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
弹簧的长度x/cm 7.0 9.0 11.0 13.0 15.0
(1)根据表中数据在下图中作出Fx图像；
(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝________N/m；(结果保留两位有效数字)
(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是____________。
二、实验的改进与创新
本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.
弹簧水平放置法
把弹簧水平放置,如图所示.
原理、器材、方法均与本节实验方案相似.
（弹簧水平放置,消除了弹簧自身重力在竖直悬挂时带来的系统
误差;但同时也产生了弹簧与桌面之间的摩擦力,带来了新的误差.）
传感器辅助法
实验装置如图(甲)所示.
原理:把一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连.当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像,如图(乙)所示.
器材:弹簧、传感器、电脑、刻度尺等
（利用传感器和电脑减少了读数误差和作图误差,提高了实验准确度.）
例2.甲、乙两个物理实验小组分别探究“弹力和弹簧伸长的关系”。
(1)甲组同学利用图(a)所示的装置，将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值，所读数据列表如下：(弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g取9.8 m/s2)
1 2 3 4 5 6
钩码质量m/g 0 30 60 90 120 150
刻度尺读数x/cm 6.00 8.34 9.48 10.64 11.79
①实验中挂30 g钩码时刻度尺的读数如图，请你将这个测量值填入记录表中。
②该小组根据所测数据，在图(b)中的坐标纸建立xm坐标系，并描出5组测量数据，请你将第2组数据描在坐标纸上，并画出xm的关系图线。
③作出的图线与坐标系纵轴有一截距，其表示的物理意义是____________；该弹簧的劲度系数k＝______N/m(结果保留三位有效数字)。
(2)乙组同学利用图(c)所示的装置，用与甲组同样规格的弹簧做实验，他们将弹簧左端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧右端指针所指刻度尺的刻度值，然后通过定滑轮在弹簧右端的细绳上挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值。之后他们经历了与甲组同样的实验步骤，最后甲、乙两组将测出的劲度系数进行比对，发现乙组的测量结果总比甲组的测量结果稍大一些，其原因是_______________________________，这种误差叫________________(填“系统误差”或“偶然误差”)。
跟踪训练3.在探究弹簧的弹力与伸长量之间关系的实验中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中：
伸长量x/(×10－2 m) 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
弹力F/N 1.50 2.93 4.55 5.98 7.50
(1)以x为横坐标、F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量之间关系的图线．
(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为________．(保留三位有效数字)
三、实验改进与创新
1.某学校老师在研究性学习课上给同学们讲了两弹簧串联后的等效劲度系数k与两原弹簧劲度系数k1、k2的关系式为＝＋。该研究性学习小组为了证明这个结论的正确性，设计了如图甲所示的实验，即把两根劲度系数分别为k1、k2的弹簧连接起来探究，已知重力加速度为g。
(1)某次测量指针B如图乙所示，指针示数为______cm；
(2)设每个钩码的质量为m，若测量多次并计算得出每增加一个钩码指针A示数的平均伸长量为ΔxA，指针B示数的平均伸长量为ΔxB，则可求得k＝________，k1＝________，k2＝___________，从而验证＝＋的正确性。
2.用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能.将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连.先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x.
(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是________.
(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量________.
A.弹簧原长
B.当地重力加速度
C.滑块(含遮光片)的质量
(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将________.
A.增大 B.减小 C.不变
参考答案
例1. 答案：(1)F－L图线如图所示．
(2) 5 cm 20 N/m.
(3)试根据该同学以上的实验情况，记录实验数据的表格为：
钩码个数 0 1 2 3 4 5
弹力F/N
弹簧长度 L/(×10－2 m)
(4)优点在于：可以避免弹簧自身重力对实验的影响
缺点在于：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差．
跟踪训练1.
答案：(1)
(2)50　(3)竖直悬挂时，弹簧自身重力的影响
例2. (1)①7.15 cm；
②在图(b)上画出；
③还没有挂重物时，弹簧的长度也就是弹簧的原长 25.4 N/m
(2)滑轮与轴及滑轮与细绳之间的摩擦使测量产生误差 系统误差
跟踪训练2.
（1）
(2) k＝75.0 N/m.　
拓展训练
1. 答案　(1) 16.00
(2) k＝ k1＝ k2＝。
2. 答案　（1）v＝
（2）C
（3）B

展开更多......

收起↑