第6讲 探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 (1)安装:按照原理装置图安装实验仪器。 (2)操作:弹簧竖直悬挂,待钩码静止时测出弹簧长度。 (3)作图:坐标轴标度要适中,单位要标注,连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧,明显偏离图线的点要舍去。 二、掌握数据处理方法 图像法 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 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不变 函数法 根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系 三、注意实验细节 1.不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过度拉伸,超过弹簧的弹性限度。 2.尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。 3.观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。 4.统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 四、做好误差分析 偶然 误差 (1)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源,测量时尽量精确地测量弹簧的长度 (2)描点、作图不准确也会造成误差 系统 误差 由于弹簧自身重力的影响,所作直线只是近似过坐标原点。尽量选用质量较轻的弹簧 二、实验关键/重点解读 本实验通过探究弹簧弹力与弹簧形变量的关系,研究弹簧的弹力大小变化规律及求解弹簧的劲度系数,高考常常以弹簧自重对实验的影响、利用图像法处理实验数据等作为考查的关键点。 关键点(一) 是否需消除弹簧自重的影响 [题点训练] 1.某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 (1)图乙所示的用毫米刻度尺测得的弹簧长度为 cm。 (2)用两根不同规格的弹簧a和b进行实验,得到弹力F与弹簧形变量x的关系如图丙所示,关于图像分析下列说法正确的是 。 A.在弹性限度内,弹簧a的劲度系数比b小 B.弹簧a的自重比弹簧b的大 C.弹簧a的原长一定比弹簧b的大 D.弹簧a的图像弯曲,是因为超过了弹簧的弹性限度 2.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中,实验装置如图甲所示,将弹簧的左端固定在刻度尺的“0”刻度线处,实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将钩码挂在绳子的下端,测量相应的数据,通过描点法作出F l(F为弹簧的拉力,l为弹簧的长度)图像,如图乙所示。 (1)下列说法中正确的是 。(填正确答案标号) A.每次增加的钩码数量必须相等 B.通过实验可知,在弹性限度内,弹力与弹簧的长度成正比 C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧水平且处于平衡状态 D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与弹簧伸长量,会得出拉力与弹簧伸长量之比相等 (2)根据乙图可求得该弹簧的劲度系数为 N/m(保留两位有效数字),图像在A1处出现拐点是因为_____。 (3)该实验将弹簧水平放置而不是竖直放置,优点在于: _____。 [归纳建模] 1.因弹簧自身重力的影响,弹簧水平放置在桌面上和竖直悬挂在铁架台上的长度是不同的。 2.将弹簧水平放在桌面或水平穿在细杆上,且认为弹簧与接触面没有摩擦,可以消除弹簧自身重力对实验结果的影响。 关键点(二) 区分F x图像和F l图像 [题点训练] 1.下表是某同学在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中测得的几组数据,g取10 m/s2。 悬挂钩码的质量/g 50 100 150 200 250 弹簧伸长量/cm 2.30 5.08 7.88 9.80 12.50 (1)请在如图所示的坐标纸上作出F x图像。 (2)写出F x图像的函数表达式。 (3)解释函数表达式中常数 ... ...
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