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探究弹力和弹簧伸长的关系实验总结
  发布者:学科专家   来源:爱学啦  发布时间:2014-06-12

   实验目的
  探索弹力和弹簧伸长的定量关系,并学习所用的科学方法.
  实验原理
  弹簧受到拉力会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等;弹簧的伸长越长,弹力也就越大.
  实验器材
  弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干个.
  实验步骤
  1.将弹簧挂在铁架台上,用刻度尺量出弹簧的自然长度.
  2.在弹簧下端挂质量为ml的钩码,量出此时弹簧的长度1,记录mll,填入自己设计的表格中
  3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2m3m4m5和相应的弹簧长度2345,并得出每次弹簧的伸长量l2345
  4.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.
  5.由图线所代表的变化规律写出以为自变量的函数表达式.
  6.解释函数表达式中常数的物理意义.
  重点问题
  1.实验注意事项
  (1)测量弹簧的原长,要竖直悬挂(不挂重物)测量,如图2—67(1)所示,不能平放在桌面上测量.
  (2)所挂重物重量不能太大,以免超过弹性限度.
  (3)正确理解弹簧的伸长量,如图267(2)中挂钩码时,弹簧的长度为z,则弹簧的伸长量为=0,即弹簧的伸长量是指弹簧受到拉力时的长度与原长之差.
  2.实验的结论
  本实验的结论即胡克定律:弹簧弹力的大小F和弹簧伸长(或缩短)的长度成正比,写成公式就是:F=,其中k是比例常数,叫做弹簧的劲度系数.劲度系数是一个有单位的量,在国际单位制中,F的单位是牛,的单位是米,的单位是牛/米.符号是“Nm”,不同的弹簧其劲度系数并不相同,劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力.
  3.胡克定律的适用范围物体的形变过大,超出一定限度,上述正比关系将不再成立,这时即使撤去外力,物体也不能安全恢复原状.这个限度叫做弹性限度,胡克定律在弹性限度内适用弹性限度内的形变叫做弹性形变.
  【例题1】一个弹簧秤,由于更换弹簧,不能直接在原来准确的均匀刻度上读数.经测试,不挂重物时,示数为2N;挂100N的重物时,示数为92N(弹簧仍在弹性限度内).那么,当读数为20N时,所挂物体的实际重力为多少?
  解析:根据胡克定律:
  F=,即设弹簧秤刻度每lN长度为0m,则有,解得G=20N
  故所挂重物的实际重力为20N
  说明:(1)弹簧的伸长跟受到的拉力成正比是弹簧秤刻度的原理(2)弹簧秤的刻度是均匀的.
  【例题1】在描点作图时,如果不是以弹簧的伸长量x为横坐标、弹簧受到的拉力F为纵坐标,而是以弹簧的总长度为横坐标,以所挂钩码的质量F为纵坐标.那么,得出的图线会有什么变化?
  解析:一般作图是以弹簧的伸长量x为横坐标,以弹簧受到的拉力F为纵坐标,这样得出的函数图象为过原点的直线.即满足F=,若以题设为坐标轴,弹簧所满足的基本规律不应改变,此时F=mg=0,故函数表达式为
  由此式可知图象不过原点且与轴的截距为0,是斜率为的一条倾斜直线.如268所示.
  说明:本实验为一探索性实验,通过对实验数据的分析,找出弹簧的伸长量跟受到的拉力的关系,通常作出F-图象,得到一条过原点的直线,从而证明F与成正比.但在求解与实验相关的问题时,常从实验原理出发,进行推理分析.这种逆向思维方法,请同学们引起重视.

 
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