探究弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系(弹簧形变量与弹力大小的关系)

高中物理：力学实验中探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系

【实验目的】

1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系。

2．学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系。

【实验原理】

弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。

【实验器材】

弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。

【实验步骤】

1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 l0，即原长。

图1

图2

2．如图 1所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力，填写在记录表格里。

3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次。

【实验数据的处理】

1．以弹力 F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量 x 为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力 F 随弹簧伸长量 x 变化的图线。

2．以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。

3．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。

【实验误差的来源】

1．弹簧长度的测量误差。

2．描点画线的作图误差。

【注意事项】

(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，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。

【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。

【现学现用】如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等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有： 。

图3

(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.图线不过原点的原因是由于 。

(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：

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： .

【答案解析】

答案解析

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