第3課時(shí) 實(shí)驗(yàn)1：探究彈簧彈力與形變量得關(guān)系
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考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理及操作
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
(1)探究彈力與形變量得關(guān)系。
(2)會利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究物理規(guī)律。
2.實(shí)驗(yàn)原理
(1)如圖所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)，彈簧會伸長，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生得彈力與所掛鉤碼受到得重力大小相等。
(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下得伸長量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力得大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧得伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得得各組(x，F)對應(yīng)得點(diǎn)，用平滑得曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得得圖線，可探知彈力得大小與彈簧伸長量間得關(guān)系。
3.實(shí)驗(yàn)器材
鐵架臺、毫米刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)、三角板、鉛筆、重垂線、坐標(biāo)紙等。
4.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，將鐵架臺放在桌面上(固定好)，將彈簧得一端固定于鐵架臺得橫梁上，在靠近彈簧處將毫米刻度尺固定于鐵架臺上，零刻度與彈簧上端對齊，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直。
(2)記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對應(yīng)得刻度l0，即彈簧得原長。
(3)在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時(shí)測出彈簧得長度l，求出彈簧伸長量x和所受得外力F(等于所掛鉤碼受到得重力)。
(4)改變所掛鉤碼得數(shù)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，要盡量多地測幾組數(shù)據(jù)，將所測數(shù)據(jù)填寫在表格中。
記錄表：彈簧原長l0＝________ cm。
次數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
拉力F/N | ||||||
彈簧總長/cm | ||||||
彈簧伸長量/cm |
5.注意事項(xiàng)
(1)所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出其彈性限度，要注意觀察。
(2)每次所掛鉤碼得質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使所描點(diǎn)得間距盡可能大，這樣作出得圖線準(zhǔn)確度更高一些。
(3)測彈簧長度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測量，以免增大誤差。
(4)描點(diǎn)畫線時(shí)，所描得點(diǎn)不一定都落在同一條直線上，但應(yīng)使不在線上得點(diǎn)均勻分布在線得兩側(cè)。
(5)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力F、彈簧得原長l0、總長l及彈簧伸長量x得對應(yīng)關(guān)系及單位。
(6)坐標(biāo)軸得標(biāo)度要適中。
【典例分析】 (2021·浙江高二月考)如圖甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等得鉤碼，探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量得關(guān)系。
甲 乙
(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要得一個(gè)實(shí)驗(yàn)器材是：________。
(2)實(shí)驗(yàn)中需要測量得物理量有_______________________________________。
(3)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)得實(shí)驗(yàn)步驟如下：
A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F)對應(yīng)得點(diǎn)，并用平滑得曲線連接起來；
B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上得刻度l0；
C.將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧得一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；
D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)……鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對應(yīng)得刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；
E.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量得關(guān)系式。首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；
F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)得物理意義；
G.整理儀器。
請將以上步驟按操作得先后順序排列起來__________________________________。
[針對訓(xùn)練]
某同學(xué)做“探究彈簧彈力與形變量得關(guān)系”得實(shí)驗(yàn)。
(1)圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅脴?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅脴?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧得伸長量Δl為________cm；
(2)本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼得方法來改變彈簧得彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范得做法是________。(填選項(xiàng)前得字母)
A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅脴?biāo)尺刻度和對應(yīng)得鉤碼總重
B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅脴?biāo)尺刻度和對應(yīng)得鉤碼總重
(3)圖丙是該同學(xué)描繪得彈簧得伸長量Δl與彈力F得關(guān)系圖線，圖線得AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象得主要原因是___________________________。
考點(diǎn)二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析
1.數(shù)據(jù)處理
(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼受到得重力)為橫坐標(biāo)，以彈簧得伸長量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖，連接各點(diǎn)得出彈力F隨彈簧伸長量x變化得圖線。
(2)以彈簧得伸長量為自變量，寫出圖線所代表得函數(shù)表達(dá)式，并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)得物理意義。
2.誤差分析
(1)系統(tǒng)誤差
鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確和彈簧自身重力得影響造成系統(tǒng)誤差。
(2)偶然誤差
①彈簧長度得測量不準(zhǔn)確造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。
②作圖時(shí)得不規(guī)范造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫圖時(shí)要用細(xì)鉛筆作圖，所描各點(diǎn)盡量落在同一條直線上。
【典例分析】 (2021·溫州高一期中)某學(xué)生做“探究彈簧彈力和伸長量得關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)把彈簧豎直懸掛起來，在下端掛鉤碼，每增加一只鉤碼均記下對應(yīng)彈簧伸長得長度x，數(shù)據(jù)記錄如表所示：
鉤碼個(gè)數(shù) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
彈力F/N | 0 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 |
彈簧伸長得長度x/cm | 0 | 2.00 | 3.98 | 6.02 | 7.97 | 9.95 |
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在如圖中作出F－x圖線。
(2)根據(jù)F－x圖線可以得出得結(jié)論是________；彈簧得勁度系數(shù)等于________N/m。
[針對訓(xùn)練]
(2021·金華高一月考)如圖所示為一輕彈簧得長度L和彈力F大小得關(guān)系。
(1)彈簧得原長是________ cm。
(2)彈簧得勁度系數(shù)為________ N/m。
(3)當(dāng)彈力為15 N時(shí)，彈簧得長度為________ cm。
