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

实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验思路与操作 1．某同学通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系。 (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在________(选填“水平”或“竖直”)方向。 (2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为l0；弹簧下端挂上槽码盘时，长度记为lx；在槽码盘中每次增加10 g槽码，弹簧长度依次记为l1至l6。实验中记录的数据如表所示。 弹簧长度 数值/cm l0 25.35 lx 27.35 l1 29.35 l2 31.30 l3 33.4 l4 35.35 l5 37.40 l6 39.30 表中有一个数值记录不规范，它是______，由表可知所用刻度尺的分度值为________。 (3)如图所示是该同学根据表中数据作的图像，纵轴是槽码的质量，横轴是弹簧长度与________(选填“l0”或“lx”)的差值。 (4)由图可知弹簧的劲度系数为____N/m；通过图像和表中信息可知，槽码盘的质量为________g。(结果均保留两位有效数字，g取9.8 N/kg) 二、数据处理与误差分析 2．在“探究弹簧弹力与形变量的关系的实验”中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其总长度通过刻度尺测得，某同学将实验数据列于表中。 总长度L/cm 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 弹力F/N 2.00 3.99 6.00 8.01 10.00 (1)以L为横坐标，F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出弹簧的弹力大小与弹簧总长度间的关系图像。 (2)由图像求得弹簧的原长为______cm，劲度系数为________N/m。 3．(挑战创新题)某同学用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。 甲 (1)实验过程中，记下每次所挂钩码的重力，即弹簧弹力F的大小，在坐标纸上描出多次测量的弹簧弹力大小F与弹簧伸长的长度x对应的数据点，作出的图像如图乙所示，由此得到，弹簧的劲度系数为________N/m。 乙 (2)该同学第二次实验时将该弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂完成实验，得到的F­x图像用虚线表示(实线为第一次实验所得图像)，得到的图像应该是图丙中的________(选填“A”“B”“C”或“D”)中的虚线，第二次测得的弹簧的劲度系数与第一次相比，结果________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。 　　　 A　　　　　　　 B 　　　 C　　　　　　　 D 丙 (3)如图丁所示是该同学描绘的弹簧的弹力F与伸长量x的关系图像，其中图线的末段明显偏离直线，造成这种现象的主要原因是_________________________ _______________________________________________________。 丁 4．某同学用图甲所示装置探究弹簧弹力与形变量的关系。弹簧的上端固定在铁架台支架上，弹簧的下端固定一水平纸片(弹簧和纸片重均忽略不计)，激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h。 (1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧________时，记录所挂钩码重和对应的h。 (2)根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图像，如图乙所示，可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离 h0＝__________cm，弹簧的劲度系数 k＝______N/m。(结果均保留一位小数) 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 1． 解析：(1)为保证弹簧的形变只由所挂重物的重引起，弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。 (2)应待弹簧静止时记录其长度l0。表中的数据l3与其他数据的有效数字位数不同，所以数据l3不规范，标准数据应读至厘米位后两位，精确至mm位，最后一位应为估读值，所以刻度尺的分度值为1 mm。 (3)由题图知所挂槽码质量为0时，x为0，所以x＝l－lx。 (4)由胡克定律推论ΔF＝kΔx知，Δmg＝kΔx，所以图像的斜率即为＝，则弹簧的劲度系数 k＝＝ N/m＝4.9 N/m，槽码盘的质量m＝＝ kg＝0.01 kg＝10 g。 答案：(1)竖直　(2)静止　l3　1 mm (3)lx　(4)4.9　10 2． 解析：(1)根据数据描点作图，如图所示。 (2)由胡克定律的推论ΔF＝kΔL可得 k＝＝ N/cm＝200 N/m 再由胡克定律得F＝k(L－L0) 解得L0＝L－＝0.05 m－ m＝0.04 m＝4.00 cm。 3． 解析：(1)弹簧的劲度系数 k＝＝ N/m＝25 N/m。 (2)劲度系数是弹力与形变量之比，这里的弹力是通过钩码的重来获得的，即实验中得到的是钩码重与形变量之比，所以前后两种测量方案测得的劲度系数是相等的。水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂进行实验，竖直悬挂后，尚未挂上钩码，弹簧就已发生形变，即钩码还没有提供拉力时，弹簧就已经有了形变量，所以图像与横轴的交点将在其正半轴上，图像的斜率不变，即测得的弹簧劲度系数不变，D项图正确。 (3)弹簧在其弹性限度内，弹力与形变量成正比；超出弹性限度后，两物理量不再成正比。图像的末段明显偏离直线，就是因为弹簧受到的力超过了弹性限度。 答案：(1)25　(2)D　相等 (3)弹簧受到的力超过了弹性限度 4． 解析：(1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧静止，此时弹力与钩码重力大小相等，记录所挂钩码的重和对应的h。 (2)由题图乙可知，当F＝0时h0＝120.0 cm，即为未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离。由胡克定律可得ΔF＝kΔh，即图像斜率绝对值的倒数表示弹簧劲度系数，则有k＝ N/m＝31.3 N/m。 答案：(1)静止　(2)120.0　31.3 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $