第三章 实验 探究弹簧弹力与形变量的关系-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习课时作业word（新教材，人教版）

实验:探究弹簧弹力与形变量的关系 1.原长为15 cm的轻弹簧,竖直悬挂一个100 g的钩码,平衡时弹簧的长度变为17 cm;现在钩码下端再挂一个同样的钩码,已知弹簧仍处于弹性限度内,重力加速度大小g取10 m/s2。弹簧再次平衡时,下列说法正确的是(　A　) A.弹簧共伸长了4 cm B.弹簧的长度变为34 cm C.弹簧的劲度系数为0.5 N/m D.弹簧的劲度系数为100 N/m 解析:当挂一个100 g的钩码时,此时弹簧的弹力为F1=mg=0.1 kg× 10 N/kg=1 N,弹簧伸长量为x1=2 cm=0.02 m,根据胡克定律可知k= =50 N/m,故C、D错误;现在钩码下端再挂一个同样的钩码,此时弹力为F2=2mg=2×0.1 kg×10 N/kg=2 N,弹簧总伸长量为x2==0.04 m= 4 cm,故A正确;此时弹簧的长度为l总=l+x2=19 cm,故B错误。 2.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中,某同学选取了甲、乙两根不同的弹簧分别进行研究。在实验中弹簧始终在弹性限度内,弹簧的质量可忽略不计。根据实验数据,他在同一个坐标系内作出了弹簧弹力F与弹簧长度L的图像,如图所示。甲、乙两根弹簧的原长分别用l甲和l乙表示,则l甲　　　　(选填“>”“<”或“=”)l乙;若用甲、乙两根弹簧制成弹簧测力计测量同一个力,用　　　　(选填“甲”或“乙”)弹簧制作的弹簧测力计形变量更大。 解析:图像不过原点,图像的横截距就表示弹簧的原长,由题图可知 l甲>l乙。根据图像斜率表示弹簧的劲度系数,则有k甲>k乙,用甲、乙两根弹簧制成弹簧测力计测量同一个力时,劲度系数小的形变量大,则乙弹簧的形变量更大。 答案:>　乙 3.如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究弹簧弹力与伸长量的关系。 (1)为完成实验,还需要的实验器材有　　　　。 (2)实验中需要直接测量的物理量有 　　　　　　　　　　　　。 (3)某次测量刻度尺示数如图乙所示,读数为　　　　 cm。 (4)如图丙所示是弹簧弹力F与伸长量x的Fx图像,由此可求出弹簧的劲度系数为　　　　 N/m,图像不过原点的原因是　 。 (5)分析图像,排除弹簧自身重力的影响,可知弹簧弹力F跟伸长量x之间的关系式为　 。 解析:(1)实验需要测弹簧的长度,故还需要刻度尺。 (2)实验中应测量弹簧原长、弹簧挂不同钩码时的长度。 (3)刻度尺分度值是1 mm,读数为7.15 cm。 (4)图像中的斜率表示劲度系数,则k==200 N/m, 图线不过原点说明弹簧自身存在重力。 (5)排除弹簧自身重力的影响,则弹簧弹力F跟伸长量x之间的关系式为F=kx=200x。 答案:(1)刻度尺　(2)弹簧原长、挂不同钩码时的长度　(3)7.15　(4)200　弹簧自身存在重力 (5)F=200x 4.为了探究弹力F与弹簧伸长量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,图像上端成为曲线是因为　　　　　　　　　　　。甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为　　　　N/m、　　　　N/m。若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧　　　(选填“甲”或“乙”)。  解析:若在弹性限度内,弹簧的弹力与形变量成正比,Fx图线是直线,而图线向上弯曲说明超出了弹簧的弹性限度;该图像中纵坐标为伸长量,横坐标为拉力,斜率的倒数应为劲度系数,则k甲≈66.7 N/m,k乙= 200 N/m;由于甲的劲度系数小,在相同弹力下甲伸长量大,则制作的测力计精确度高。 答案:超出了弹簧的弹性限度　66.7　200　甲 5.在探究弹簧弹力与形变量关系的实验中,第一组同学设计了如图甲所示的实验装置。在弹簧两端各系一轻细的绳套,利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上,另一端的绳套用来悬挂钩码。先测出不挂钩码时弹簧的长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L,再算出弹簧伸长的长度x,并将数据填在表格中。 测量次序 1 2 3 4 5 6 弹簧弹力 F/N 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的总长 度L/cm 13.00 15.05 17.10 19.00 21.00 23.00 弹簧伸长的 长度x/cm 0 2.05 4.10 6.00 8.00 10.00 (1)在图乙所示的坐标纸上描出6次测量的弹簧弹力F与伸长长度x对应的数据点,并作出Fx图像。 (2)根据(1)所得的Fx图像,下列说法正确的是　　　　。(多选) A.弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比