实验：探究弹簧弹力与形变量的关系基础练习卷 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

**基本信息** 聚焦“探究弹簧弹力与形变量的关系”，通过基础操作、误差分析、综合应用三层设计，构建从实验技能到科学思维的巩固路径，适配新授课分层教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|胡克定律计算、实验读数、基本步骤|含劲度系数计算（如第1题）、刻度尺读数（第3题），巩固物理观念| |进阶层|图像分析、误差讨论、装置比较|涉及弹簧自重影响（第2题）、F-L图像应用（第5题），培养科学推理| |综合层|情境迁移、跨装置应用|结合手机APP（第11题）、生活套筒弹簧（第15题），发展科学探究能力|

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系基础练习卷 1．某同学想设计一个可以测量物体重量的台秤，其结构原理如图（a）所示，轻质弹簧下端固定于铁架台，弹簧上端置一托盘（取） (1)该同学在托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下。 砝码质量（g） 50 100 150 弹簧长度（cm） 8.50 6.54 4.58 由表中数据算得劲度系数______（保留2位有效数字）； (2)该同学将砝码取下，将一个玩具放到托盘上，由图（b）虚线，读出此时弹簧长度为______cm。经计算得到该重物的质量为______g（计算结果保留3位有效数字）。该同学通过换算，将刻度尺不同位置的长度数据标上对应质量数据，一个简易台秤则成功制作。 (3)使用过程中，该同学想更换轻一点的托盘，更换更轻的托盘后，再用上述方法测量，得到的劲度系数______（选填“相同”或“不相同”），刻度尺不同位置标的质量数据______（选填“需要”或“不需要”）改变。 【答案】(1)25 (2) 5.53/5.54/5.55/5.56 125/126 (3) 相同 需要 【详解】（1）设砝码质量为m，托盘质量为m0，弹簧原长为l0，弹簧压缩后长度为l 根据平衡条件和胡克定律 得Δmg=kΔl 根据逐差法，， 弹簧的劲度系数 （2）[1]刻度尺的最小刻度为0.1cm，则弹簧长度为5.55cm。 [2]计算得到该重物的质量为 （3）[1][2]更换更轻的托盘后，m0改变，由 得Δmg=kΔl 由此可知劲度系数k与m0无关，不同的l对应的m值与m0有关，所以更换更轻的托盘后，劲度系数不变化，刻度尺不同位置标的质量数据需要改变。 2.某同学在做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，设计了如图甲所示的实验装置，并用图乙的方法处理实验数据。 (1)实验过程中发现某类弹簧自身重力不可忽略，且劲度系数较小，若把此类弹簧放在铁架台上竖直悬挂时，弹簧呈现的形态如图乙中的______（填“A”或“B”）； (2)在本实验中，若要作出的图像（或图线的延长线）经过坐标原点，则横、纵坐标应分别选取______（填序号即可）； ①横坐标：弹簧总长与弹簧水平放置原长之差 ②横坐标：弹簧总长与弹簧竖直悬挂空载长度之差 ③纵坐标：钩码重力 ④纵坐标：钩码重力与弹簧自身重力之和 (3)该同学经过多次实验，记录多组弹簧弹力与弹簧长度数据后描点连线得到图像，如图丙所示，由图线可得弹簧的劲度系数为______（结果保留2位有效数字）； (4)该同学在测量时没有考虑弹簧自身有重量，导致其劲度系数的测量值______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)B (2)②③ (3)20 (4)不变 【详解】（1）弹簧竖直悬挂、自重不可忽略时，越靠上的位置，需要承受的下方弹簧自重越大，弹力越大，相邻弹簧圈的间距越大；越靠下的位置，需要承受的自重越小，弹力越小，间距越小，因此弹簧呈现上端疏、下端密的形态，对应图B。 （2）弹簧竖直悬挂时，自身重力已经让弹簧产生了伸长量。若横坐标选取「弹簧总长与弹簧竖直悬挂空载长度之差」，这个差值就是钩码重力产生的伸长量； 纵坐标选取钩码重力，满足关系 ，当 时，，图像过坐标原点，因此选②③。 （3）根据胡克定律 ， 图像的斜率等于劲度系数。 由图丙得， 因此 （4）劲度系数由 图像的斜率计算得到，不考虑弹簧自重，只会改变图线的截距，不会改变斜率大小，因此劲度系数的测量值不变。 【点睛】 3．某实验小组利用如图所示的实验装置来探究弹簧在弹性形变内的弹力与形变量的关系。 (1)甲同学将弹簧竖直悬挂后，弹簧上端与刻度尺的零刻度对齐，下端所在位置的示数如图中所示，则此时该弹簧的长度为________cm。 (2)下列关于该实验的操作中正确的是________。 A．安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态 B．悬挂钩码时，钩码的数量不可过多 C．悬挂钩码后应立即读数 D．每次增加的钩码个数必须相同 (3)乙同学将弹簧放在水平桌面上来测量弹簧的原长，然后将弹簧按如图所示的装置悬挂后进行测量，根据测出弹簧的伸长量和对应的弹簧弹力作出图像，由于弹簧重力的影响，该同学作出的图像应为________。 A． B． C． D． 【答案】(1)/13.49/13.51 (2)AB (3)A 【详解】（1）该刻度尺分度值为1mm，读数需估读到分度值下一位，因此弹簧原长读数为。 （2）A．弹簧竖直悬挂，刻度尺必须保持竖直才能准确测量弹簧长度，减小误差，故A正确； B．钩码过多会使弹簧超过弹性限度，因此钩码数量不可过多，故B正确； C．悬挂钩码后需要等待弹簧稳定再读数，不能立即读数，故C错误； D．实验只需要得到多组数据，不需要每次增加的钩码个数一定相同，故D错误。 故选AB。 （3）该同学在水平桌面上测量原长，竖直悬挂后，不挂钩码时，即挂钩弹力，弹簧自身重力也会使弹簧伸长，因此时，伸长量；且根据胡克定律，弹力和伸长量始终满足线性关系，图像为倾斜直线，符合的就是截距在正半轴的直线。 故选A。 4．某同学在实验室里拿出一根弹簧利用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力大小与弹簧伸长量的关系”的实验。 (1)该同学在弹簧下挂2个钩码，待稳定时刻度尺的示数如图乙所示，该毫米刻度尺的读数为_________cm。 (2)在进行实验时，该同学发现两种不同的操作画出的图像不同。其中对应于丙图的操作是（    ） A．在弹簧竖直悬挂时测出其自然长度的情况下得到的弹力与弹簧伸长量图线； B．将弹簧水平放置测出其自然长度，然后再竖直悬挂完成实验，得到弹力与弹簧伸长量图线。 (3)如图丁所示，若将该弹簧横放在光滑的水平桌面上，两侧各用细线挂一个相同的砝码，不计一切摩擦，当弹簧静止时，弹簧伸长了，弹簧的劲度系数，则一个砝码的质量为_________（取）。 【答案】(1) (2)B (3) 【详解】（1）由图读得 （2）由丙图可知，图线与横轴有正截距，这说明在没有挂钩码即时，弹簧就已经有了一段伸长量，这是因为将弹簧水平放置时测出的自然长度较小，一旦将弹簧竖直悬挂，弹簧自身的重力会导致它在不挂钩码时就发生下垂和伸长，因此实验中测得的伸长量包含了自重引起的伸长，故选B。 （3）当弹簧静止时，它两端受到的拉力大小均等于一个砝码的重力，即 根据胡克定律 解得 5．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“在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验。 (1)实验中还需要的测量工具有___________。 (2)如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是弹簧的弹力，横轴是弹簧的形变量x。由图像可得结论：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成__________（填“正比”或“反比”），弹簧的劲度系数__________（计算结果保留2位有效数字）。 (3)如图丙所示，实验中用另外两根不同的弹簧a和b，作出弹簧弹力与弹簧长度的图像，下列说法正确的是（     ） A．a的原长比b的短 B．a的原长比b的长 C．a的劲度系数比b的大 D．a的劲度系数比b的小 【答案】(1)刻度尺 (2) 正比 (3)AC 【详解】（1）实验时还需要的仪器是刻度尺，测量弹簧的长度。 （2）[1]由图像可得结论：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比； [2]由图像可得弹簧的劲度系数。 （3）根据可知，直线与横轴的交点坐标为弹簧的原长，可知a的原长比b的短；图像的斜率等于弹簧的劲度系数，可知a的劲度系数比b的大。 故选AC。 6．某同学准备用实验探究弹簧弹力与形变量的关系，他把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，弹簧的右侧固定一刻度尺，如图1所示。在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同拉力作用下的长度。以弹簧弹力为纵轴、弹簧长度为横轴建立直角坐标系。 (1)测得弹力与弹簧长度的关系如图2所示，图中表示（　　） A．弹簧处于水平状态下的自然长度 B．弹簧处于竖直状态下的自然长度 C．弹簧的形变量 D．弹簧形变量的变化量 (2)实验中，使用两条不同的轻质弹簧和，得到的弹力与弹簧长度的图像如图3所示，由此可知弹簧的劲度系数____（填“大于”，“等于”或“小于”）b弹簧的劲度系数。 (3)实验过程中发现某类弹簧自身受到的重力相对其弹力较大，不可视为轻质弹簧，若把该类弹簧在铁架台上竖直悬挂时，弹簧呈现的形态是下列哪一幅图（　　） A． B． C． (4)某同学在研究性学习中，利用所学的知识就解决了弹簧自重问题。将一轻弹簧一端固定于某一深度为、开口向右的小筒中（没有外力作用时弹簧的另一端也位于筒内），如图甲所示。在该实验中，长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度，现要测出弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变，作出图线如图乙所示。则弹簧的原长=____。 【答案】(1)B (2)大于 (3)C (4)0.15m 【详解】（1）弹簧在不同拉力作用下的长度，设弹簧处于竖直状态下的自然长度为，根据胡克定律有 结合图2可知 即图2中表示弹簧处于竖直状态下的自然长度。 故选B。 （2）根据 可知图像的斜率表示弹簧的劲度系数，由图3可知图像a的斜率大，可知a弹簧的劲度系数大于b弹簧的劲度系数。 （3）把该类弹簧在铁架台上竖直悬挂时，弹簧上侧所受重力大于下侧所受重力，则弹簧上侧形变量大于下侧形变量，即弹簧的匝数与匝数之间从上往下逐渐变密集。 故选C。 （4）设弹簧的原长为，根据胡克定律有 结合图乙，可得， 解得 7．某探究小组的同学分组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 (1)一组同学实验时，将弹簧的上端固定在竖直放置的铁架台上，在弹簧的旁边沿弹簧长度方向竖直固定一刻度尺，弹簧上端与刻度尺的0刻度线对齐。在弹簧下端挂上一个小钢球，指针在直尺上指示的刻度如图甲所示，此时弹簧的长度x=______m。 (2)二组同学实验时，实验装置如图乙所示。将刻度尺和弹簧左端固定在水平实验台上，刻度尺0刻度与弹簧左端竖直对齐，弹簧右端与细绳相连，细绳跨过实验台右侧固定的光滑定滑轮悬挂钩码。依次将n个完全相同的钩码逐个挂在绳子的下端，待钩码静止时，在刻度尺上分别读出每次相应的弹簧的总长度L。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。根据记录的数据，利用坐标纸作出弹簧的总长度L与悬挂钩码个数n的图像（L-n图像）如图丙所示，则弹簧劲度系数为______N/m；弹簧原长为______cm；二组同学与一组同学相比较，把弹簧水平放置与悬挂放置的优点是__________；缺点是_____________。（已知单个钩码的质量m=20g，取重力加速度g=10m/s2。） 【答案】(1)0.4000 (2) 18.5 5.1 不存在弹簧本身的重力对实验的影响 弹簧与水平实验台间有摩擦力 【详解】（1）由图可知，此时弹簧长度为 （2）[1]根据平衡条件可得 所以 结合图线可得 所以 [2]由图可知，当钩码个数为n=5时，L=10.5cm，代入上式可得 解得 [3][4]二组同学与一组同学相比较，把弹簧水平放置与悬挂放置的优点是不存在弹簧本身的重力对实验的影响，但也存在弹簧与水平实验台间摩擦力的影响。 8．某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。 (1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉固定在木板上，另一端悬挂钩码。钩码质量分别为200g、250g、…、500g，平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置如图（a）中圆点所示（钩码的质量在图中用数字标出）。悬挂的钩码质量分别为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为________cm。 (2)根据图（a）中各点的位置可知，在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的质量的增加量成正比，由此可求出橡皮筋的劲度系数为________N/m（保留2位有效数字，重力加速度取）。 (3)悬挂的钩码质量为m时，在橡皮筋底端施以水平向右的力F，平衡时橡皮筋方向如图（b）中虚线所示，图（b）中测力计的示数给出了力F的大小，则________N，________g（选填“200”“300”或“400”）。 【答案】(1)1.90 (2)52 (3) 1.00 300 【详解】（1）由图（a）可知，坐标纸每一小格代表0.1cm。可得200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为两者间距。 （2）原理：根据胡克定律，劲度系数。 数据处理：质量增量，重力增量 长度增量 劲度系数 （3）[1]由图（b）放大图可知，弹簧测力计分度值为0.1N，指针指在1.0N处，故。 [2]橡皮筋与竖直方向夹角的正切值 得 可得 9．某同学从废旧的弹簧测力计上拆下弹簧，用它来做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 （1）在家中贴有瓷砖的墙面，用铅垂线测量，发现瓷砖之间的竖缝是竖直的，将刻度尺平行于竖缝固定在墙面上，将弹簧挂在墙面的挂钩上，并使刻度尺的零刻度与弹簧上端平齐，如图甲所示； （2）在弹簧下端依次悬挂n个槽码（n=1，2，3…），当槽码静止时，测出弹簧拉力Fn与指针所指的刻度尺示数Ln，在F-L坐标系中描点，如图乙所示： ①初始时弹簧下端未挂槽码，竖直弹簧的自然长度为_________cm（结果保留2位有效数字）； ②实验中，若在测得图乙中P点的数据（27.0 cm，10.78N）后，取下弹簧下端悬挂的所有槽码，则弹簧静止时_________（选填“能”或“不能”）恢复到自然长度L0； ③在弹簧弹力从0增大至17.64N的过程中，弹簧劲度系数变化情况是_________。 （3）本次实验的部分数据如下： 槽码个数n 1 2 3 4 Fn（N） 0.98 1.96 2.94 3.92 Ln（cm） 2.5 3.7 4.9 6.1 计算弹簧的劲度系数k=_________N/m（结果保留2位有效数字）。 【答案】 1.3 不能 先不变，再变小，后变大 82 【详解】（2）①[1]初始时弹簧下端未挂槽码，此时弹簧拉力F为0，由图像可知竖直弹簧的自然长度为1.3cm。 ②[2]由图像分析可知，弹簧在挂8个槽码内弹力与弹簧形变量成正比，之后的点不在同一直线上，说明弹簧被拉伸到超出了弹簧弹性限度范围， 取下所有槽码后，弹簧静止时不能恢复到自然长度。 ③[3]胡克定律中 图像的斜率等于劲度系数 。因此弹簧弹力从0增大至17.64N的过程中，弹簧劲度系数变化情况是先不变，再变小，后变大。 （3）[4]根据胡克定律，弹簧的劲度系数得 10．某学习小组利用如图1所示装置测弹簧劲度系数。内壁光滑且足够长的有机玻璃圆筒竖直放置在水平桌面上，圆筒里放入5个不吸水、不沾水的硬质小球压缩轻质弹簧，小球的直径略小于筒的内径。现向筒内缓慢注水，待水刚好没过第一个小球稳定后，用刻度尺测出此时弹簧的长度并记录；继续缓慢注水，记录水没过小球的个数和小球静止时对应的弹簧长度。已知弹簧原长，每个小球完全浸没于水中受到浮力大小为。测量数据和计算弹簧形变量如表1所示。回答下列问题： 表1 水没过小球的个数/个 1 2 3 4 5 弹簧长度/cm 4.16 4.78 5.49 6.11 6.72 弹簧形变量/cm 5.84 5.22 3.89 3.28 (1)根据实验小组表1中记录的数据，当水浸没小球的个数时，弹簧形变量_____cm。 (2)在图2中描出另外的3个点作出小球个数和弹簧的形变量的关系图线_____。 (3)根据图线，计算弹簧的劲度系数_____N/cm。（保留2位有效数字） 【答案】(1)4.51 (2) (3)0.29/0.30/0.31/0.32/0.33 【详解】（1）由表1数据及图2趋势可知，表1中对应，对应，均为弹簧形变量。每增加一个浸没小球，形变量减小 则时， （2）作出小球个数和弹簧的形变量的关系图线如下 （3）根据平衡条件，弹簧弹力变化量等于浮力变化量，即 由图线斜率可知，每增加1个小球，形变量减小约 已知 则 11．手机在物理实验中有重要的应用。某学习小组利用手机进行“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知当地重力加速度。实验过程如下： （a）将弹簧的左端固定在水平桌面上，右端与细绳相连，细绳跨过固定在桌面边缘的光滑定滑轮后，系一手机，手机重心和细绳在同一竖直线上，如图甲所示。 （b）手机的下方悬挂一质量为的钩码，待平衡后，利用手机软件中的“定位”功能测量手机竖直方向上相对不挂钩码时的位移。 （c）增加手机下方的相同钩码数量，作出钩码数量与手机在竖直方向上位移的关系图像，如图乙所示。则： (1)关于该实验，下列说法正确的是___________。 A．本实验无需测量弹簧的原长 B．手机下方所挂钩码不宜过多，以免超出弹簧的弹性限度 C．用图像法处理数据时，能够有效减小该实验的系统误差 (2)由图乙可知，在弹簧弹性限度内，弹簧弹力与弹簧形变量成__________（选填“正比”或“反比”），测得弹簧的劲度系数为_______。 【答案】(1)AB (2) 正比 50 【详解】（1）A．根据胡克定律则，可知本实验无需测量弹簧的原长，A正确； B．手机下方所挂钩码不宜过多，以免超出弹簧的弹性限度，B正确； C．用图像法处理数据时，能够有效减小该实验的偶然误差，C错误。 故选AB。 （2）[1][2]由图乙可知，，而，可知在弹簧弹性限度内，弹簧弹力与弹簧形变量成正比，测得弹簧的劲度系数为 12．生活中常常用到弹簧，弹簧的“软硬”程度是由弹簧的劲度系数决定的。选用弹簧甲和乙做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验。 （1）将弹簧甲悬挂在铁架台上，保持弹簧轴线竖直，将刻度尺竖直固定在弹簧一侧； （2）弹簧甲自然下垂，待弹簧静止时，记下弹簧长度，弹簧下端挂上钩码时，弹簧长度记为，弹簧的伸长量________，在弹簧下端每次增加50 g钩码，弹簧长度依次记为至，并记下对应的伸长量至； （3）以钩码的质量为纵轴，以弹簧甲的伸长量为横轴作出图像如图中的实线所示，由图像可知弹簧甲的劲度系数为________（重力加速度g取）； （4）弹簧乙的图像如图中的虚线所示，若要制作一个精确度较高的弹簧秤，应选弹簧________。（填“甲”或“乙”） 【答案】 25 甲 【详解】（2）[1] 弹簧的伸长量 （3）[2]根据胡克定律及二力平衡有 结合图像可知 （4）[3]由图像可知劲度系数，弹簧秤的精确度较高是在弹力相同时弹簧秤的伸长量大，即弹簧秤的劲度系数小 应选弹簧甲。 13．某同学在做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，设计了如图甲所示的实验装置。 (1)关于本实验操作，下列说法正确的是________。 A．在悬挂钩码后，需待钩码静止后再读数 B．用几个不同的弹簧，各测出一组弹力与伸长量，可得出弹力与伸长量成正比 C．安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直 D．随意增减钩码，记下弹力与伸长量 (2)该同学经过多次实验，记录多组弹簧弹力F与弹簧长度L数据后描点连线得到图像，如图乙所示，由图线可得弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的原长为________cm（结果均保留2位有效数字）。 (3)该同学在测量时没有考虑弹簧自身有重量，其劲度系数的测量值________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。 【答案】(1)AC (2) (3)等于 【详解】（1）A．悬挂钩码后，待钩码静止时弹簧弹力与钩码重力平衡，此时读数才能准确反映弹簧的弹力大小，故A正确； B．探究弹簧弹力与形变量的关系需使用同一根弹簧完成实验，不同弹簧劲度系数不同，混合多根弹簧的数据无法得到统一的弹力与伸长量正比关系，故B错误； C．弹簧为竖直悬挂，伸长量是竖直方向的长度变化，因此刻度尺必须保持竖直才能准确测量弹簧的实际长度，故C正确； D．增减钩码需要保证弹簧始终在弹性限度内，不能随意增减，否则弹簧发生塑性形变后不再满足弹力与伸长量成正比的规律，故D错误。 故选AC。 （2）根据胡克定律，其中为弹簧总长度，为弹簧原长，为劲度系数。可知图像的斜率大小等于劲度系数，即 当时对应的横坐标值即为弹簧原长。 （3）劲度系数由图像的斜率计算得到，弹簧自身重量只会使弹簧在不受外力时就存在一定的初始伸长量，仅会改变图像的截距，不会影响图像的斜率大小，因此劲度系数的测量值等于真实值。 14．某探究小组利用图甲所示的装置测量橡皮绳的劲度系数，用到的器材有智能手机、橡皮绳、力传感器、80个铜钱（所有铜钱均为同一规格）。 主要的实验步骤： （a）将力传感器固定在铁架台上，再用橡皮绳和细线（不可伸长，质量不计）将智能手机悬挂在力传感器上； （b）打开手机内的位移传感器APP，当手机平衡时，记录下此时橡皮绳的长度和力传感器的读数； （c）在手机上放置20个铜钱，缓慢释放，当手机平衡时，记录下橡皮绳的长度和力传感器的读数； （d）在手机上再增加20个铜钱，缓慢释放，当手机平衡时，记录下橡皮绳的长度和力传感器的读数； （e）重复上述操作步骤； （f）作出力传感器示数F及对应的橡皮绳长度l的关系图像，如图甲所示；作出手机上放置铜钱数量n及对应的橡皮绳长度l的关系图像，如图乙所示。 (1)根据图像可知，橡皮绳的劲度系数为________（保留两位有效数字）。 (2)若重力加速度取，根据图像可知，每个铜钱的质量________g（保留两位有效数字）。 (3)探究小组发现：不断增加手机上放置铜钱的数量时，作出的图像尾部将会发生弯曲，这是因为________。 【答案】(1)20 (2)4.1 (3)橡皮绳受到的拉力超过橡皮绳的弹性限度 【详解】（1）根据胡克定律 可知，图像的斜率表示劲度系数。由图甲可知 （2）对比图甲和图乙，当橡皮绳长度从增加到时，图甲显示力传感器示数增加了 图乙显示铜钱数量增加了个 增加的拉力等于增加的铜钱重力，即 代入数据得解得 （3）胡克定律仅在弹性限度内成立。当不断增加铜钱数量，橡皮绳受到的拉力增大，若拉力超过橡皮绳的弹性限度，橡皮绳的伸长量与拉力不再成正比关系，劲度系数发生变化，导致图像尾部发生弯曲。 15．某同学家中有一个内部含弹簧的套筒（弹簧与套筒壁不接触），现准备利用该弹簧分析玩具1、2、3的质量关系，实验装置如图（a）所示，刻度尺的0刻度线与弹簧的上端齐平，套筒竖直悬挂，弹簧下端的指针卡在套筒下端，主要操作步骤如下： ①先将1挂在挂钩上，弹簧长度无变化； ②取下1再将2挂在挂钩上，弹簧下端的指针如图（b）所示； ③按顺序将1和3依次挂在挂钩上，对应弹簧长度记录在表格中。（弹簧均没有超过弹性限度） 玩具序号 2 2、1 2、1、3 弹簧长度/cm 15.00 25.00 (1)只挂玩具2时，弹簧的长度为____________cm。 (2)根据表格中数据可知________________（选填“1和2”“2和3”或“1和3”）玩具的质量之比为________。 (3)根据操作步骤可知套筒内的弹簧长度__________弹簧的原长；若认为套筒内弹簧的长度为原长，则（2）中玩具质量之比__________真实值。（均选填“大于”“小于”或“等于”） 【答案】(1)11.00 (2) 1和3 2∶5 (3) 大于 等于 【详解】（1）刻度尺的分度值为，指针恰好指在的刻度线上，根据物理读数规则，需要估读到分度值的下一位，因此记录为。 （2）根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比 增加玩具1导致的伸长量为 增加玩具3导致的伸长量为 通过增量可以计算出1和3的质量比 （3）[1]步骤①中“先将1挂在挂钩上，弹簧长度无变化”，这意味着指针卡在套筒下端时，弹簧本身已经处于被拉伸的状态，玩具1的重力还没有超过这个初弹力，所以没能把它拉得更长，由此可知，套筒内的弹簧长度必然大于弹簧的自然原长。 [2]在计算和的比例时，使用的是两次长度的差值，在做差的过程中，无论把哪个起点假设为原长，这个常数都会被直接减掉，所以使用差值法求出的质量之比不受原长起点的干扰，依然等于真实值。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系基础练习卷 1．某同学想设计一个可以测量物体重量的台秤，其结构原理如图（a）所示，轻质弹簧下端固定于铁架台，弹簧上端置一托盘（取） (1)该同学在托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下。 砝码质量（g） 50 100 150 弹簧长度（cm） 8.50 6.54 4.58 由表中数据算得劲度系数______（保留2位有效数字）； (2)该同学将砝码取下，将一个玩具放到托盘上，由图（b）虚线，读出此时弹簧长度为______cm。经计算得到该重物的质量为______g（计算结果保留3位有效数字）。该同学通过换算，将刻度尺不同位置的长度数据标上对应质量数据，一个简易台秤则成功制作。 (3)使用过程中，该同学想更换轻一点的托盘，更换更轻的托盘后，再用上述方法测量，得到的劲度系数______（选填“相同”或“不相同”），刻度尺不同位置标的质量数据______（选填“需要”或“不需要”）改变。 2．某同学在做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，设计了如图甲所示的实验装置，并用图乙的方法处理实验数据。 (1)实验过程中发现某类弹簧自身重力不可忽略，且劲度系数较小，若把此类弹簧放在铁架台上竖直悬挂时，弹簧呈现的形态如图乙中的______（填“A”或“B”）； (2)在本实验中，若要作出的图像（或图线的延长线）经过坐标原点，则横、纵坐标应分别选取______（填序号即可）； ①横坐标：弹簧总长与弹簧水平放置原长之差 ②横坐标：弹簧总长与弹簧竖直悬挂空载长度之差 ③纵坐标：钩码重力 ④纵坐标：钩码重力与弹簧自身重力之和 (3)该同学经过多次实验，记录多组弹簧弹力与弹簧长度数据后描点连线得到图像，如图丙所示，由图线可得弹簧的劲度系数为______（结果保留2位有效数字）； (4)该同学在测量时没有考虑弹簧自身有重量，导致其劲度系数的测量值______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 3．某实验小组利用如图所示的实验装置来探究弹簧在弹性形变内的弹力与形变量的关系。 (1)甲同学将弹簧竖直悬挂后，弹簧上端与刻度尺的零刻度对齐，下端所在位置的示数如图中所示，则此时该弹簧的长度为________cm。 (2)下列关于该实验的操作中正确的是________。 A．安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态 B．悬挂钩码时，钩码的数量不可过多 C．悬挂钩码后应立即读数 D．每次增加的钩码个数必须相同 (3)乙同学将弹簧放在水平桌面上来测量弹簧的原长，然后将弹簧按如图所示的装置悬挂后进行测量，根据测出弹簧的伸长量和对应的弹簧弹力作出图像，由于弹簧重力的影响，该同学作出的图像应为________。 A． B． C． D． 4．某同学在实验室里拿出一根弹簧利用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力大小与弹簧伸长量的关系”的实验。 (1)该同学在弹簧下挂2个钩码，待稳定时刻度尺的示数如图乙所示，该毫米刻度尺的读数为_________cm。 (2)在进行实验时，该同学发现两种不同的操作画出的图像不同。其中对应于丙图的操作是（    ） A．在弹簧竖直悬挂时测出其自然长度的情况下得到的弹力与弹簧伸长量图线； B．将弹簧水平放置测出其自然长度，然后再竖直悬挂完成实验，得到弹力与弹簧伸长量图线。 (3)如图丁所示，若将该弹簧横放在光滑的水平桌面上，两侧各用细线挂一个相同的砝码，不计一切摩擦，当弹簧静止时，弹簧伸长了，弹簧的劲度系数，则一个砝码的质量为_________（取）。 5．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“在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验。 (1)实验中还需要的测量工具有___________。 (2)如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是弹簧的弹力，横轴是弹簧的形变量x。由图像可得结论：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成__________（填“正比”或“反比”），弹簧的劲度系数__________（计算结果保留2位有效数字）。 (3)如图丙所示，实验中用另外两根不同的弹簧a和b，作出弹簧弹力与弹簧长度的图像，下列说法正确的是（     ） A．a的原长比b的短 B．a的原长比b的长 C．a的劲度系数比b的大 D．a的劲度系数比b的小 6．某同学准备用实验探究弹簧弹力与形变量的关系，他把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，弹簧的右侧固定一刻度尺，如图1所示。在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同拉力作用下的长度。以弹簧弹力为纵轴、弹簧长度为横轴建立直角坐标系。 (1)测得弹力与弹簧长度的关系如图2所示，图中表示（　　） A．弹簧处于水平状态下的自然长度 B．弹簧处于竖直状态下的自然长度 C．弹簧的形变量 D．弹簧形变量的变化量 (2)实验中，使用两条不同的轻质弹簧和，得到的弹力与弹簧长度的图像如图3所示，由此可知弹簧的劲度系数____（填“大于”，“等于”或“小于”）b弹簧的劲度系数。 (3)实验过程中发现某类弹簧自身受到的重力相对其弹力较大，不可视为轻质弹簧，若把该类弹簧在铁架台上竖直悬挂时，弹簧呈现的形态是下列哪一幅图（　　） A． B． C． (4)某同学在研究性学习中，利用所学的知识就解决了弹簧自重问题。将一轻弹簧一端固定于某一深度为、开口向右的小筒中（没有外力作用时弹簧的另一端也位于筒内），如图甲所示。在该实验中，长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度，现要测出弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变，作出图线如图乙所示。则弹簧的原长=____。 7．某探究小组的同学分组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 (1)一组同学实验时，将弹簧的上端固定在竖直放置的铁架台上，在弹簧的旁边沿弹簧长度方向竖直固定一刻度尺，弹簧上端与刻度尺的0刻度线对齐。在弹簧下端挂上一个小钢球，指针在直尺上指示的刻度如图甲所示，此时弹簧的长度x=______m。 (2)二组同学实验时，实验装置如图乙所示。将刻度尺和弹簧左端固定在水平实验台上，刻度尺0刻度与弹簧左端竖直对齐，弹簧右端与细绳相连，细绳跨过实验台右侧固定的光滑定滑轮悬挂钩码。依次将n个完全相同的钩码逐个挂在绳子的下端，待钩码静止时，在刻度尺上分别读出每次相应的弹簧的总长度L。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。根据记录的数据，利用坐标纸作出弹簧的总长度L与悬挂钩码个数n的图像（L-n图像）如图丙所示，则弹簧劲度系数为______N/m；弹簧原长为______cm；二组同学与一组同学相比较，把弹簧水平放置与悬挂放置的优点是__________；缺点是_____________。（已知单个钩码的质量m=20g，取重力加速度g=10m/s2。） 8．某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。 (1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉固定在木板上，另一端悬挂钩码。钩码质量分别为200g、250g、…、500g，平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置如图（a）中圆点所示（钩码的质量在图中用数字标出）。悬挂的钩码质量分别为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为________cm。 (2)根据图（a）中各点的位置可知，在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的质量的增加量成正比，由此可求出橡皮筋的劲度系数为________N/m（保留2位有效数字，重力加速度取）。 (3)悬挂的钩码质量为m时，在橡皮筋底端施以水平向右的力F，平衡时橡皮筋方向如图（b）中虚线所示，图（b）中测力计的示数给出了力F的大小，则________N，________g（选填“200”“300”或“400”）。 9．某同学从废旧的弹簧测力计上拆下弹簧，用它来做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 （1）在家中贴有瓷砖的墙面，用铅垂线测量，发现瓷砖之间的竖缝是竖直的，将刻度尺平行于竖缝固定在墙面上，将弹簧挂在墙面的挂钩上，并使刻度尺的零刻度与弹簧上端平齐，如图甲所示； （2）在弹簧下端依次悬挂n个槽码（n=1，2，3…），当槽码静止时，测出弹簧拉力Fn与指针所指的刻度尺示数Ln，在F-L坐标系中描点，如图乙所示： ①初始时弹簧下端未挂槽码，竖直弹簧的自然长度为_________cm（结果保留2位有效数字）； ②实验中，若在测得图乙中P点的数据（27.0 cm，10.78N）后，取下弹簧下端悬挂的所有槽码，则弹簧静止时_________（选填“能”或“不能”）恢复到自然长度L0； ③在弹簧弹力从0增大至17.64N的过程中，弹簧劲度系数变化情况是_________。 （3）本次实验的部分数据如下： 槽码个数n 1 2 3 4 Fn（N） 0.98 1.96 2.94 3.92 Ln（cm） 2.5 3.7 4.9 6.1 计算弹簧的劲度系数k=_________N/m（结果保留2位有效数字）。 10．某学习小组利用如图1所示装置测弹簧劲度系数。内壁光滑且足够长的有机玻璃圆筒竖直放置在水平桌面上，圆筒里放入5个不吸水、不沾水的硬质小球压缩轻质弹簧，小球的直径略小于筒的内径。现向筒内缓慢注水，待水刚好没过第一个小球稳定后，用刻度尺测出此时弹簧的长度并记录；继续缓慢注水，记录水没过小球的个数和小球静止时对应的弹簧长度。已知弹簧原长，每个小球完全浸没于水中受到浮力大小为。测量数据和计算弹簧形变量如表1所示。回答下列问题： 表1 水没过小球的个数/个 1 2 3 4 5 弹簧长度/cm 4.16 4.78 5.49 6.11 6.72 弹簧形变量/cm 5.84 5.22 3.89 3.28 (1)根据实验小组表1中记录的数据，当水浸没小球的个数时，弹簧形变量_____cm。 (2)在图2中描出另外的3个点作出小球个数和弹簧的形变量的关系图线_____。 (3)根据图线，计算弹簧的劲度系数_____N/cm。（保留2位有效数字） 11．手机在物理实验中有重要的应用。某学习小组利用手机进行“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知当地重力加速度。实验过程如下： （a）将弹簧的左端固定在水平桌面上，右端与细绳相连，细绳跨过固定在桌面边缘的光滑定滑轮后，系一手机，手机重心和细绳在同一竖直线上，如图甲所示。 （b）手机的下方悬挂一质量为的钩码，待平衡后，利用手机软件中的“定位”功能测量手机竖直方向上相对不挂钩码时的位移。 （c）增加手机下方的相同钩码数量，作出钩码数量与手机在竖直方向上位移的关系图像，如图乙所示。则： (1)关于该实验，下列说法正确的是___________。 A．本实验无需测量弹簧的原长 B．手机下方所挂钩码不宜过多，以免超出弹簧的弹性限度 C．用图像法处理数据时，能够有效减小该实验的系统误差 (2)由图乙可知，在弹簧弹性限度内，弹簧弹力与弹簧形变量成__________（选填“正比”或“反比”），测得弹簧的劲度系数为_______。 12．生活中常常用到弹簧，弹簧的“软硬”程度是由弹簧的劲度系数决定的。选用弹簧甲和乙做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验。 （1）将弹簧甲悬挂在铁架台上，保持弹簧轴线竖直，将刻度尺竖直固定在弹簧一侧； （2）弹簧甲自然下垂，待弹簧静止时，记下弹簧长度，弹簧下端挂上钩码时，弹簧长度记为，弹簧的伸长量________，在弹簧下端每次增加50 g钩码，弹簧长度依次记为至，并记下对应的伸长量至； （3）以钩码的质量为纵轴，以弹簧甲的伸长量为横轴作出图像如图中的实线所示，由图像可知弹簧甲的劲度系数为________（重力加速度g取）； （4）弹簧乙的图像如图中的虚线所示，若要制作一个精确度较高的弹簧秤，应选弹簧________。（填“甲”或“乙”） 13．某同学在做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，设计了如图甲所示的实验装置。 (1)关于本实验操作，下列说法正确的是________。 A．在悬挂钩码后，需待钩码静止后再读数 B．用几个不同的弹簧，各测出一组弹力与伸长量，可得出弹力与伸长量成正比 C．安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直 D．随意增减钩码，记下弹力与伸长量 (2)该同学经过多次实验，记录多组弹簧弹力F与弹簧长度L数据后描点连线得到图像，如图乙所示，由图线可得弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的原长为________cm（结果均保留2位有效数字）。 (3)该同学在测量时没有考虑弹簧自身有重量，其劲度系数的测量值________（填“大于”“小于”或“等于”）真实值。 14．某探究小组利用图甲所示的装置测量橡皮绳的劲度系数，用到的器材有智能手机、橡皮绳、力传感器、80个铜钱（所有铜钱均为同一规格）。 主要的实验步骤： （a）将力传感器固定在铁架台上，再用橡皮绳和细线（不可伸长，质量不计）将智能手机悬挂在力传感器上； （b）打开手机内的位移传感器APP，当手机平衡时，记录下此时橡皮绳的长度和力传感器的读数； （c）在手机上放置20个铜钱，缓慢释放，当手机平衡时，记录下橡皮绳的长度和力传感器的读数； （d）在手机上再增加20个铜钱，缓慢释放，当手机平衡时，记录下橡皮绳的长度和力传感器的读数； （e）重复上述操作步骤； （f）作出力传感器示数F及对应的橡皮绳长度l的关系图像，如图甲所示；作出手机上放置铜钱数量n及对应的橡皮绳长度l的关系图像，如图乙所示。 (1)根据图像可知，橡皮绳的劲度系数为________（保留两位有效数字）。 (2)若重力加速度取，根据图像可知，每个铜钱的质量________g（保留两位有效数字）。 (3)探究小组发现：不断增加手机上放置铜钱的数量时，作出的图像尾部将会发生弯曲，这是因为________。 15．某同学家中有一个内部含弹簧的套筒（弹簧与套筒壁不接触），现准备利用该弹簧分析玩具1、2、3的质量关系，实验装置如图（a）所示，刻度尺的0刻度线与弹簧的上端齐平，套筒竖直悬挂，弹簧下端的指针卡在套筒下端，主要操作步骤如下： ①先将1挂在挂钩上，弹簧长度无变化； ②取下1再将2挂在挂钩上，弹簧下端的指针如图（b）所示； ③按顺序将1和3依次挂在挂钩上，对应弹簧长度记录在表格中。（弹簧均没有超过弹性限度） 玩具序号 2 2、1 2、1、3 弹簧长度/cm 15.00 25.00 (1)只挂玩具2时，弹簧的长度为____________cm。 (2)根据表格中数据可知________________（选填“1和2”“2和3”或“1和3”）玩具的质量之比为________。 (3)根据操作步骤可知套筒内的弹簧长度__________弹簧的原长；若认为套筒内弹簧的长度为原长，则（2）中玩具质量之比__________真实值。（均选填“大于”“小于”或“等于”） 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $