《高中物理一轮复习讲义》力学实验2　探究弹力和弹簧伸长量的关系

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实验二　探究弹力和弹簧伸长量的关系
一、基本实验要求
1．实验原理：弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量
越大，弹力也就越大．
2．实验器材：铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸．
3．实验步骤
（1）安装实验仪器（如实验原理图所示）．
（2）测量弹簧的伸长量（或总长）及所受的拉力（或所挂钩码的质量），列表作出记录，要尽可
能多测几组数据．
（3）根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标．
（4）按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线），所画的点不一定
正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．
（5）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，如果不行再考虑二
次函数．
二、规律方法总结
1．实验数据处理方法
（1）列表法
1
将测得的 F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力 F与弹簧伸长量 x的比值在误差允许范围内是
相等的．
（2）图象法
以弹簧伸长量 x为横坐标，弹力 F为纵坐标，描出 F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一
条过坐标原点的直线．
（3）函数法
弹力 F与弹簧伸长量 x满足 F＝kx 的关系．
2．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．
3．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．
考点一　实验原理与实验操作
例1．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．
2
（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：________________.
（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，写出弹力与弹簧伸长量的关系式．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： ．
例2．（1）在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是（　　）
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
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相等
（2）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，
用直尺测出弹簧的原长 L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度 L，把 L－
L0作为弹簧的伸长量 x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中
的（　　）
3
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