实验2 探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系-（课件+达标训练）2023新教材新高考物理【导学教程】新编大一轮总复习（人教版）

[对应学生用书P311] 1．(2021·深州月考)一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验，他们采用如图甲所示装置，质量不计的弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力。根据实验所测数据作出小盘中砝码重力与弹簧伸长量x的关系图像如图乙所示。(重力加速度g取10 m/s2) (1)由图乙可知该弹簧的劲度系数为____________ N/m； (2)由图乙可求得小盘的质量为____________ kg，小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比____________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 解析　(1)F­x图线的斜率k的大小等于弹簧劲度系数的大小，得k＝ N/m＝300 N/m (2)当小盘中砝码的重力为零时，小盘重力使弹簧伸长0.5 cm，由F＝kx得，小盘重力的大小为1.5 N，即小盘质量为0.15 kg，劲度系数是根据图线斜率计算出的，小盘的质量对结果无影响。 答案　(1)300　(2)0.15　无影响 2．(2021·河源月考)实验室中有5根一模一样的弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号挂1个钩码，3号挂2个钩码，依此类推，钩码均相同。(计算结果保留三位有效数字) (1)为了更直观地呈现出弹力大小F与伸长量Δx的关系，小明以1号弹簧末端指针中点为原点，作出竖直的y轴及水平的x轴，其中y轴代表__________，x轴代表__________(选填“F”或“Δx”)。 (2)为测量弹簧的伸长量，小明取来一把米尺，竖直放置在地上，米尺的100 cm刻度刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为____________ cm。 解析　(1)由图甲知，y轴的原点选择在了弹簧原长处，所以y轴代表弹簧的伸长量Δx，x轴原点也在弹簧原长处，即没有悬挂钩码时，所以x轴代表弹力大小F； (2) 由图乙知，2号弹簧末端指针中点位置对应的刻度为95.5 cm，故弹簧伸长量为 Δx＝100 cm－95.5 cm＝4.50 cm 答案　(1)Δx　F　(2)4.50 3．(2022·漳州一模)橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明k＝Y，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量。 (1)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L＝10.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝2.000 mm，那么测量工具b应该是____________(选填“游标卡尺”或“螺旋测微器”)； (2)某同学根据橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录，作出F­x图像(如图乙所示)，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k＝______________ N/m(结果保留两位有效数字)； (3)这种橡皮筋的Y值等于____________ Pa(结果保留两位有效数字)。 解析　 (1)从读数D＝2.000 mm中可得b为螺旋测微器； (2)根据F＝k(l－l0)可知，图像的斜率大小等于劲度系数大小，由图像求出劲度系数为 k＝＝ N/m＝3.1×102 N/m (3)根据k＝Y得Y＝9.9×106 Pa或Y＝1.0×107 Pa 答案　(1)螺旋测微器　(2)3.1×102　(3)9.9×106或1.0×107 4．(2021·威海期末)橡皮筋具有类似弹簧的力学性质，但在不同的拉力下，橡皮筋的横截面积会发生明显变化，小明同学猜想橡皮筋的劲度系数可能不是定值，于是他利用图甲所示装置进行探究。 请完善下列实验步骤： (1)把橡皮筋上端固定在铁架台的横梁上，毫米刻度尺竖直固定，其“0”刻度对齐橡皮筋的上端。观察到橡皮筋自然下垂时，其下端在刻度尺上对应的位置如图乙所示，记为x0，则x0＝____________ cm； (2)在橡皮筋下端悬挂不同质量的重物，记录橡皮筋在不同弹力下的长度； (3)以橡皮筋的弹力F为纵轴、伸长量x为横轴建立直角坐标系，根据实验数据在坐标纸上描点，如图丙所示； (4)请在图丙中作出F­x图像； (5)观察图像，你认为小明同学应该得出的实验结论是 ________________________________________________________________________。 解析　(1)橡皮筋原长为x0＝4.75 cm (4) 作出F­x图像 (5)观察图像，得出的实验结论是：橡皮筋的横截面积变化较小时，劲度系数为定值，橡皮筋的横截面积变化较大时，