解析：(1)物理学的研究总是从观察现象开始的.在探究弹力和弹簧伸长的关系时,我们先观察实验现象,作定性研究.把一个弹簧挂在铁架台上,向下拉弹簧,看到的现象是:拉力越大时,弹簧越长,弹簧的伸长越大.
(2)研究定量关系要先有科学猜测.定量研究都是从研究者提出猜测开始的.对于弹力和弹簧伸长的关系,我们提出如下几种猜测:
①弹力大小与弹簧长度成正比.
②弹力大小与弹簧的伸长成正比.
③弹力大小与弹簧伸长的平方成正比.
第一个猜测立即被否定了,因为拉力为零时,弹簧长度不为零.后两种猜测哪个是对的?要在实验中寻找答案.
(3)从设计实验方案到采集数据.
什么样的实验装置能方便地测量弹力和弹簧伸长呢?
铁架台的横杆上挂着一个弹簧,弹簧旁边立着一个刻度尺,记下弹簧的上端对应的刻度和不挂钩码时弹簧下端对应的刻度,记录在数据表里.在弹簧下面挂一个砝码,再记下弹簧下端对应的刻度.一个、一个地增加砝码,依次记下各种拉力作用下弹簧下端对应的刻度,并算出每种情形下弹簧的长度和伸长量,记录在表格里.
砝码重F/N | 弹簧长度L/cm | 弹簧伸长x/cm | 弹力与弹簧伸长之比 |
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)分析数据,验证猜测,得出结论.
分析表中数据,很容易判定正确的结论是弹力与弹簧伸长成正比,第二种猜测被证实,第三种猜测被否定.
分析关系除了用计算法还可以用图象法.在坐标纸上画坐标轴,让纵轴表示弹簧的伸长量x=L-L0,横轴表示弹力F,然后描点.描点后连线要注意三点:①使直线更多地通过所描的点;②不能通过的点要均匀分布在直线两侧;②个别偏差比较大的点舍弃.我们看出这5个点与原点基本上分布在同一直线上,这是一条过原点的直线.x-F 图线显示出弹力与伸长成正比.
(5)判断规律是否有普遍性
上述结果有没有普遍性呢?一个弹簧的实验结果不能作出一般性结论,换用别的弹簧多次做实验,结果都是弹力与弹簧的伸长成正比,只是不同的弹簧比例系数不同.改为压缩弹簧也是同样的结果,说明这个关系是有一般性的.