實驗：探究彈簧彈力的大小與伸長量的關系類型一教材原型實驗角度1實驗原理和實驗操作【典例1】用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼,探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關系的實驗裝置,如圖甲所示。(1)實驗中還需要的測量工具有:_______________。(2)如圖乙所示,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪圖,縱軸是鉤碼質(zhì)量m,橫軸是彈簧的形變量x。由圖可知:圖線不通過原點的原因是____________________________________;彈簧的勁度系數(shù)k=____________N/m(計算結(jié)果保存2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8N/kg)。(3)如圖丙所示,實驗中用兩根不同的彈簧a和b,畫出彈簧彈力F與彈簧長度L的F-L圖像,以下說法正確的選項是 ()A.a的原長比b的長B.a的勁度系數(shù)比b的大C.a的勁度系數(shù)比b的小D.彈力與彈簧長度成正比【解析】(1)實驗需要測彈簧的長度、形變量,故還需要的實驗器材是刻度尺。(2)由題圖可知,當F=0時,x大于零,說明沒有掛重物時,彈簧有伸長,是由于彈簧自身的重力造成的,圖線的物理意義是說明彈簧的彈力大小和彈簧伸長量大小成正比,那么k==N/m=6.5N/m。(3)在F-L圖像中橫截距表示彈簧的原長,由題圖可知b的原長比a的長,故A錯誤;在F-L圖像中斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k,由題圖可知a的勁度系數(shù)比b的大,故B正確,C錯誤;彈簧的彈力滿足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故D錯誤。答案:(1)刻度尺(2)彈簧自身有重力6.5(3)B角度2實驗數(shù)據(jù)處理【典例2】某實驗小組做“探究彈力與彈簧伸長量的關系〞的實驗,實驗時,先把彈簧平放在桌面上,用直尺測出彈簧的原長L0=4.6cm,再把彈簧豎直懸掛起來,在下端掛鉤碼,每增加一只鉤碼記下對應的彈簧長度L,數(shù)據(jù)記錄如表所示:鉤碼個數(shù)12345彈力F/N1.02.03.04.05.0彈簧的長度L/cm7.09.011.013.015.0(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出F-L圖線。(2)由此圖線可得,該彈簧勁度系數(shù)k=____________N/m。(3)圖線與L軸的交點坐標大于L0的原因是________________________?！窘馕觥?1)描點作圖,如下圖:(2)圖像的斜率表示勁度系數(shù),故有:k==50N/m。(3)圖線與L軸的交點坐標表示彈簧不掛鉤碼時的長度,其數(shù)值大于彈簧原長,因為彈簧自身重力的影響。答案:(1)見解析圖(2)50(3)豎直懸掛時,彈簧自身重力的影響類型二創(chuàng)新型實驗【典例3】在“探究彈力和彈簧伸長量的關系并測定彈簧的勁度系數(shù)〞實驗中,實驗裝置如圖甲所示。右側(cè)掛上鉤碼,相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力。實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端,每次測出相應的彈簧總長度L。(1)有一個同學通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)在坐標紙中描點,如圖乙所示。請作出F-L圖線。(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0=_______________cm,勁度系數(shù)k=____________N/m。(3)試根據(jù)以上該同學的實驗情況,幫助他設計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))?！窘馕觥?1)用平滑的曲線將各點連接起來(舍去偏離較大的點),如下圖。(2)彈簧的原長L0即為彈力為零時彈簧的長度,由圖象可知,L0=5×10-2m=5cm。勁度系數(shù)為圖象直線的斜率,k=20N/m。(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下:鉤碼個數(shù)012345彈力F/N彈簧長度L/×10-2m答案:(1)圖見解析(2)520(3)見解析【創(chuàng)新評價】裝置的優(yōu)化彈簧水平使用,鉤碼的重力作為彈簧的拉力,消除了彈簧的自重影響圖像的優(yōu)化利用F-L圖像進行數(shù)據(jù)處理而非常規(guī)的F-x圖像【創(chuàng)新