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测弹簧弹力实验(学生用)


(1)探究弹力与弹簧伸长量的定量关系。 (2)学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。

(1)如图实-2-1 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)弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉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。

铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔。

(1)将弹簧挂在支架上,测量弹簧的原长 l0。 (2)在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度 l,求出弹簧的伸长 x 和所受的 外力 F(等于所挂钩码的重力)。 (3)改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在下 列表格中。 记录表:弹簧原长 l0=________ cm。 次数 内容 拉力 F/N 弹簧总长/cm 弹簧伸长/cm 1 2 3 4 5 6

(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 x 为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试写成一次函数,如 果不行则考虑二次函数。 (3)得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。

(1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度。 (2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀,这样作出的图 线更精确。 (3)测量弹簧的原长时要让它自然下垂。测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于 平衡状态时测量,以减小误差。 (4)测量有关长度时,应区别弹簧原长 l0、实际总长 l 及伸长量 x 三者之间的不同,明确 三者之间的关系。 (5)建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的量值要适当,不可过大,也不可 过小。 (6)描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布 在曲线的两侧。描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线。 (7)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。

(1)本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的,因此,使弹簧的悬挂端固定, 另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,可以提高实验的准确度。 (2)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源,所以,测量时尽量精确地测量弹簧的长度。 (3)在 F-x 图象上描点、作图不准确。

(1)将弹簧放在一端带有定滑轮的光滑木板上,在水平方向上做实验,如图实-2-2 所示, 这样可避免弹簧重力对实验的影响。

(2)利用计算机及传感器技术,将弹簧水平放置,且一端固定在传感器上,传感器与电脑相 连,如图实-2-3 所示,对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时,电脑上得到弹簧弹力和 弹簧形变量的关系图象,分析图象得出结论。

[例 1] (2012· 临沂模拟)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:___________________________________________。 (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:________________________________。 [例 2] (2013· 庆阳模拟)在“探究弹力和弹簧伸长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, 每次测出相应的 弹簧总长度。

(1)有一个同学通过以上实验测量后把 6 组数据在坐标图实-2-6 中描点请作出 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)试根据以上该同学的实验情况,请你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:_____________________________________________________________。 [例 3] 橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量 x 与弹力 F 成正比,即 F=kx,k 的值 S 与橡皮筋未受到拉力时的长度 l、横截面积 S 有关。理论和实践都表明 k=Y ,其中 Y 是一 l 个由材料决定的常数,材料力学中称之为杨氏模量。 (1)在国际单位制中,杨氏模量 Y 的单位应该是( A.N C.N/m B.m D.Pa )

(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋,应用如图实-2-7 甲所示的实验装置,可以测量出 它的杨氏模量 Y 的值。 首先利用测量工具 a 测得橡皮筋的长度 L=20.00 cm,利用测量工具 b 测得橡皮筋未受 到拉力时的直径 D=4.000 mm, 那么测量工具 a 和 b 应分别为____________、 ____________。 (3)下表为橡皮筋受到的拉力 F 与伸长量 x 的实验记录,请在图乙中作出 F-x 图象。 拉力 F(N) 伸长量 x(cm) 5.0 1.60 10.0 3.20 15.0 4.80 20.0 6.40 25.0 8.00

(4)由以上实验可求出该橡皮筋的 Y 值为________(保留一位有效数字)。


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