Question

在探索彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟??

Answer 1

解析：(1)物理學(xué)的研究總是從觀察現(xiàn)象開始的.在探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系時(shí),我們先觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,作定性研究.把一個(gè)彈簧掛在鐵架臺(tái)上,向下拉彈簧,看到的現(xiàn)象是:拉力越大時(shí),彈簧越長(zhǎng),彈簧的伸長(zhǎng)越大.?

(2)研究定量關(guān)系要先有科學(xué)猜測(cè).定量研究都是從研究者提出猜測(cè)開始的.對(duì)于彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,我們提出如下幾種猜測(cè):?

①?gòu)椓Υ笮∨c彈簧長(zhǎng)度成正比.?

②彈力大小與彈簧的伸長(zhǎng)成正比.?

③彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)的平方成正比.?

第一個(gè)猜測(cè)立即被否定了,因?yàn)槔�力為零時(shí),彈簧長(zhǎng)度不為零.后兩種猜測(cè)哪個(gè)是對(duì)的?要在實(shí)驗(yàn)中尋找答案.?

(3)從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案到采集數(shù)據(jù).?

什么樣的實(shí)驗(yàn)裝置能方便地測(cè)量彈力和彈簧伸長(zhǎng)呢??

鐵架臺(tái)的橫桿上掛著一個(gè)彈簧,彈簧旁邊立著一個(gè)刻度尺,記下彈簧的上端對(duì)應(yīng)的刻度和不掛鉤碼時(shí)彈簧下端對(duì)應(yīng)的刻度,記錄在數(shù)據(jù)表里.在彈簧下面掛一個(gè)砝碼,再記下彈簧下端對(duì)應(yīng)的刻度.一個(gè)、一個(gè)地增加砝碼,依次記下各種拉力作用下彈簧下端對(duì)應(yīng)的刻度,并算出每種情形下彈簧的長(zhǎng)度和伸長(zhǎng)量,記錄在表格里.

砝碼重F/N	彈簧長(zhǎng)度L/cm	彈簧伸長(zhǎng)x/cm	彈力與彈簧伸長(zhǎng)之比
0.50	16.0	11.0	22.0
0.60	18.3	13.3	22.2
0.70	20.5	15.5	22.1
0.80	22.7	17.7	22.1
0.90	25.1	20.1	22.3
0.95	26.2	21.2	22.3

(4)分析數(shù)據(jù),驗(yàn)證猜測(cè),得出結(jié)論.?

分析表中數(shù)據(jù),很容易判定正確的結(jié)論是彈力與彈簧伸長(zhǎng)成正比,第二種猜測(cè)被證實(shí),第三種猜測(cè)被否定.?

分析關(guān)系除了用計(jì)算法還可以用圖象法.在坐標(biāo)紙上畫坐標(biāo)軸,讓縱軸表示彈簧的伸長(zhǎng)量x=L-L₀,橫軸表示彈力F,然后描點(diǎn).描點(diǎn)后連線要注意三點(diǎn):①使直線更多地通過(guò)所描的點(diǎn);②不能通過(guò)的點(diǎn)要均勻分布在直線兩側(cè);②個(gè)別偏差比較大的點(diǎn)舍棄.我們看出這5個(gè)點(diǎn)與原點(diǎn)基本上分布在同一直線上,這是一條過(guò)原點(diǎn)的直線.x-F 圖線顯示出彈力與伸長(zhǎng)成正比.?

(5)判斷規(guī)律是否有普遍性?

上述結(jié)果有沒(méi)有普遍性呢?一個(gè)彈簧的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能作出一般性結(jié)論,換用別的彈簧多次做實(shí)驗(yàn),結(jié)果都是彈力與彈簧的伸長(zhǎng)成正比,只是不同的彈簧比例系數(shù)不同.改為壓縮彈簧也是同樣的結(jié)果,說(shuō)明這個(gè)關(guān)系是有一般性的.?