高一物理实验探究：探究弹力和弹簧伸长的关系

实验二 探究弹力和弹簧伸长量的关系

1．实验目的

(1)探究弹力和弹簧伸长量的关系。

(2)学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。

2．实验原理

(1)如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。

(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组数据(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。

3．实验器材

铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。

4．实验步骤

(1)如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。

(2)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0，即弹簧的原长。

(3)在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度l，求出弹簧的伸长量x和

所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。

(4)改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。

5．数据处理

(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，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。

6．注意事项

(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，要注意观察，适可而止。

(2)每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些。

(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差。

(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。

高中物理-实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系练习(含答案)

真题精做

1．（福建卷）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。

（1）图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm,图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为______cm。

（2）本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是________。（填选项前的字母）

A．逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

B．随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重

（3）图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是_____________________。

2．（四川卷）某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图1所示,图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大图,示数l1=______cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2=______N（当地重力加速度g=9.8 m/s2）。要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是_______________。作出F–x曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。

模拟精做

3．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧按如图所示连接起来进行探究。

（1）某次测量如图所示,指针示数为_________cm。

（2）在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数LA和LB如表格所示。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为_______N/m,弹簧Ⅱ的劲度系数为_______N/m（重力加速度g=10 m/s2,结果均保留三位有效数字）。

实验二：探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系

知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。

【实验目的】

1．探索弹力与弹簧伸长的定量关系

2．学习通过对实验数据的数学分析（列表法和图像法），探究弹簧产生的弹力与弹簧伸长之间的变化规律

【实验原理】

通常用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，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．这样弹力的大小可以通过测定外力而得出；弹簧的伸长量可用直尺测出．多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系． （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，弹簧的伸长越大；弹力也就越大。）

【实验器材】

弹簧，相同质量的砝码若干，铁架台一个（用来悬挂弹簧），刻度尺。

【实验步骤】

（1）将铁架台放在实验桌上，将弹簧悬挂在铁架台上。弹簧竖直静止时，测出弹簧的原长l0，并填入实验记录中。

（2）依次在弹簧下挂上一个砝码、两个砝码、三个砝码……。每次，在砝码处于静止状态时，测出弹簧的总长或伸长，并填入实验记录中。

（3）根据测得的数据，以力F为纵坐标，以弹簧的伸长量Δl为横坐标，根据表中所测数据在坐标纸上描点。

（4）作弹簧的F-Δl图像。按照坐标图中各点的分布与走向，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……

（6）解释函数表达式中常数的物理意义。

【实验数据记录和处理】 弹簧原长l0=_______________m

弹簧的弹力F（N） 弹簧总长l(m) 弹簧伸长Δl（m）

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《探究弹簧弹力与伸长量的关系》实验报告

班级： 姓名：

【实验目的】

探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法

【实验器材】

① 弹簧一根（弹簧不宜过软，以免弹簧被拉伸时超出它的弹性限度 ②相同质量的钩码四个③毫米刻度尺一根④铁架台一个（用来悬挂弹簧）。

【实验步骤】

1.将弹簧悬挂在铁架台上，用毫米刻度尺量出弹簧的长度L0。

2.在弹簧下挂1个钩码，用毫米刻度尺量出此时弹簧的长度L1。

3.分别在弹簧下挂 2、3、4个钩码，依次量出相应的弹簧长度L2、L3、L4。

4.分别计算出在弹簧下挂1至4个钩码时弹簧的伸长量x = L - L0。将钩码的重力与相应的弹簧长度填写在下列表格

5.以力为纵坐标，以弹簧的伸长量、原长为横坐标，根据表中所测数据在坐标纸上描点。 6.按照坐标图中各点的分布与走向，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。

7.上述图像中的斜率 k = ，即为弹簧的劲度系数。

[实验结论]

【注意事项】

1. 不要超出弹簧的弹性限度，所挂钩码不要过重

2. 竖直悬挂弹簧，处于平衡状态时测量弹簧的长度，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差

3．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使在坐标上描的点尽可能稀一些，保证做出的图线精确

4．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

5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位

0 1 2 3 4

F/N（钩码重量）

L/cm（弹簧原长）

x/cm（弹簧伸长量）

k（劲度系数）N/m