实验探究：弹力和弹簧伸长量的关系-2021-2022学年高一物理课后培优练（2020沪科版必修第一册）

实验探究：弹力和弹簧伸长量的关系（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．某同学利用图所示装置做“探究弹簧弹力与形变量关系”实验。他将刻度尺的0刻度对齐弹簧上端，并记录下不挂钩码时弹簧下端对应的刻度；然后每次增加1个钩码，分别记录弹簧下端对应刻度尺的刻度，做出钩码的重力F与弹簧长度x的关系图像，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．图中曲线是弹力随弹簧形变量的变化曲线 B．从图像中可以确定该弹簧的原长 C．实验时，弹簧始终保持在弹性限度之内 D．该弹簧的劲度系数约为30.0N/m 【答案】B 【详解】 A．由于弹簧弹力等于砝码的重力，则图中曲线是弹力随弹簧长度的变化曲线，A错误； B．图线与横轴的交点即为弹簧的原长，由图可知该弹簧的原长为40mm，B正确； C．由图线可知，图线的上端出现了弯曲，可知实验时，弹簧超出了弹性限度，C错误； D．图线直线部分的斜率等于弹簧的劲度系数，则该弹簧的劲度系数约为 D错误。 故选B。 2．某实验小组用力传感器探究弹簧的弹力和伸长量的关系。如图甲所示，将轻质弹簧上端固定于架台上，使标尺的零刻度线与弹簧上端对齐。某同学用力传感器竖直向下拉弹簧，同时记录拉力值F及对应的标尺刻度x（如图乙所示）。通过描点画图得到图丙所示的F-x图像，a、b分别为使用轻弹簧1、2时所描绘的实验图线。下列说法正确的是（　　） A．弹簧1的原长大于弹簧2的原长 B．弹簧1的劲度系数大于弹簧2的劲度系数 C．弹簧2产生的弹力是15N时，弹簧的伸长量是50cm D．因未测弹簧原长，故本实验无法探究弹簧的弹力与伸长量的关系 【答案】B 【详解】 A．拉力为零时，弹簧处于原长，所以弹簧1的原长与弹簧2的原长相等，所以A错误； B．根据图像可知转图像的斜率表示弹簧的劲度系数，则弹簧1的劲度系数大于弹簧2的劲度系数，所以B正确； C．根据胡克定律，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比，由比例关系可得，弹簧2产生的弹力是15N时，弹簧的伸长量是30cm，所以C错误； D．探究弹簧的弹力与伸长量的关系，无需测量弹簧的原长也可以测量，所以D错误； 故选B。 二、填空题 3．为了探究弹簧的弹力F与伸长量x的关系，某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示的图像，从图像上看，该同学没能完全按实验要求做，使图像上端成为曲线，其原因是_________________。乙弹簧的劲度系数为______________N/m。若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧______________（填“甲”或“乙”）。 【答案】超过了弹簧的弹性限度 200 甲 【详解】 [1]超出弹性限度，弹力与伸长量就不成正比了。 [2]根据计算得乙弹簧的劲度系数为200N/m。 [3]要制作一个精确度较高的弹簧测力计，则应选劲度系数小的弹簧，即弹簧甲。 三、实验题 4．在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端进行测量，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图像，如图所示，根据图像回答以下问题。 （1）弹簧的原长为________ cm。 （2）弹簧的劲度系数为________ N/m。 （3）分析图像，总结出弹簧弹力F与弹簧总长度L（单位：m）之间的关系式为________N。 【答案】10 1000 F＝1000（L－0.1） 【详解】 （1）[1]当弹簧下端所挂钩码的重力G为0时，弹簧所受的拉力也为0，此时弹簧长度即为原长，由图像可知，弹簧的原长为10 cm。 （2）[2]由图像可知，图线的斜率为弹簧的劲度系数， N/m＝1000 N/m （3）[3]由图像可知，弹簧弹力F与弹簧总长度L（单位：m）之间的关系式为 F＝k（L－L0）＝1000（L－0.1） N 5．在探究弹力和弹簧伸长的关系时，某同学先按图1对弹簧甲进行探究，然后把原长相同的弹簧甲和弹簧乙按图2并联起来进行探究。在弹性限度内，将质量为m=50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，分别测得图1、图2中弹簧的长度L1、L2如下表所示。 钩码个数 1 2 3 4 L1/cm 30.00 31.04 32.02 33.02 L2/cm 29.33 29.65 29.97 30.30 已知重力加速度g=9.8m/s2，要求尽可能多地利用测量数据，通过计算或推理回答下列问题： （1）根据实验数据可以推理得出，当两根原长相同的弹簧并联使用时，并联构成的弹簧的劲度系数k与并联前弹簧的劲度系数k甲、k乙之间的关系是___________； （2）弹簧乙的劲度系数k乙=