资源简介

(共23张PPT)
实验：探究弹簧弹力与形变量的关系
第2章
目 录
CONTENTS
实验目的与原理
01
实验器材与步骤
02
误差分析
03
通过前面的学习我们知道，胡克通过实验找到了弹簧弹力与形变量的关系：F=kx。我们是不是也可以通过实验找到这个规律，并能测出弹簧的劲度系数呢？
01
实验目的与原理
(1)探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的定量关系。
(2)学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。
(3)验证胡克定律 F=kx。
1.实验目的
2.实验原理
（1）如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小 .
相等
（2）弹簧的长度可用 直接测出，伸长量可以由伸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了。
刻度尺
（3）求弹簧的劲度系数
弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数k＝F/x ，即为弹簧的劲度系数；另外，在F -x图像中，直线的斜率也等于弹簧的劲度系数。
1.(多选)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，以下说法正确的是
A.在弹簧下端挂钩码时，不能挂太多钩码，以保证弹簧处于弹性限度内
B.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
C.弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上，刻度尺应竖直固定在弹簧附近
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
之比均相等
√
√
2.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，弹簧弹力的大小为F，弹簧的形变量(伸长量或压缩量)为x，下列说法正确的是
A.实验中劲度系数k的具体数值只能用逐个计算的方法求出来，而没有
其他的方法
B.如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度l代替x，F－l图线也是一条过原
点的直线
C.利用F－x图线可求出弹簧的劲度系数k
D.实验时要把所有点连到线上，才能探索得到真实规律
√
02
实验器材与步骤
铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、铅笔、坐标纸.
1.实验器材
(1)按实验原理图安装实验装置，记下弹簧 时下端所对应的刻度l0.
(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力.
(3增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝ 表示弹簧的伸长量.
自由下垂
l－l0
1 2 3 4 5 6 7
F/N 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
l/cm 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0
x/cm 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
2.实验步骤
(4)记录数据
（1）建立如图所示的直角坐标系，以弹簧的弹力F为纵轴、以弹簧伸长量x为横轴，根据测量数据在坐标纸上描点，作出F－x图像。
（2）以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。
（3）得出弹簧弹力和伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。
3.数据处理
问题：实验时要注意哪些问题？
①尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响
②实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度
③测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态
⑤描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的线应是平滑的曲线
④记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位
例1.如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．
(1)为完成实验，还需要的实验器材有________
(2)实验中需要测量的物理量_________________
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F -x图线，由 此可求出弹簧的劲度系数为_______N/m.
图线不过原点是由于________________．
刻度尺
弹簧原长、弹簧所受外力及对应的长度
200
弹簧自身有重力
(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：
A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；
B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；
C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；
D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；
E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；
F．解释函数表达式中常数的物理意义；
G．整理仪器．
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：______________________________
CBDAEFG
3.某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验.
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量为______cm.
6.93
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是______.(填选项前的字母)
A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量
B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量
A
4.用如图甲所示的装置来探究胡克定律.轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接，右端在水平拉力F的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长，弹簧与水平面不接触，通过刻度尺可以读出弹簧的伸长量x，通过拉力传感器可以读出拉力F，多次测量F、x，作出F－x图像如图乙所示，回答下列问题：
(1)当弹力增大到一定程度时，图像变弯曲，原因是____________________________；
弹簧形变量超出弹簧的弹性限度
(2)弹簧的劲度系数为______；
(3)弹簧的伸长量分别为x2和x1时，拉力传感器的示数之差为___________.
03
误差分析
1.偶然误差：是由各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。
偶然误差总是有时偏大，有时偏小，并且偏大偏小的概率相同。因此，可以多进行几次测量，求出几次测得的数值的平均值，这个平均值比一次测得的数值更接近于真实值。
因此，可以用求平均值的方法来减小偶然误差。
2.系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的。
系统误差的特点是在多次重做同一实验时，误差总是同样的偏大或偏小，不会出现这几次偏大另几次偏小的情况。要减小系统误差，必须校准测量仪器，改进实验方法，设计在原理上更为完善的实验。
5.在“探究弹簧弹力与形变量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示．所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力．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．
(1)有一个同学把通过以上实验测量得到的6组数据描点
在如图坐标系中，请作出F－L图线．
(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：____________________________________________________.
可以避免弹簧自身重力对实验的影响
弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差
5
20
谢谢各位的聆听！

展开更多......

收起↑