（新课标）2020高考物理一轮复习 课时作业10 实验：研究弹力和弹簧伸长量的关系（含解析）新人教版

实验：研究弹力和弹簧伸长量的关系1(2018天津二模)利用如图1所示的装置探究弹簧的弹力与形变量的关系对于该实验，下列操作规范的是_(填字母代号)A固定刻度尺时，保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧B实验中任意增加钩码的个数C实验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测量弹簧的原长D实验数据处理时，把所有的描点用折线连起来实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度L，测量后把6组数据描点在坐标图中，作出的FL图线如图2所示由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数k_N/m.答案AC；5；20.解析A项，固定刻度尺时，保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧，故A项正确；B项，实验过程应使弹簧始终在弹性限度内，实验中不能任意增加钩码的个数，以防止超过弹簧的弹性限度，故B项错误；C项，为防止弹簧自重对实验的影响，实验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测量弹簧的原长，故C项正确；D项，实验数据处理时，应根据实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像，图像应是直线而不是折线，故D项错误；故选A、C两项由图示图像可知，F0 N时L0.05 m5 cm，则弹簧的原长为5 cm，弹簧的劲度系数：k N/m20 N/m.2一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验，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，改变弹簧的弹力实验中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g10 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_(填“偏大”“偏小”或“相同”)答案(1)200(2)0.1相同解析(1)Fx图线的斜率k的大小等于弹簧劲度系数的大小，即k2 N/cm200 N/m.(2)当小盘中砝码重力为零时，小盘重力使弹簧伸长量为0.5 cm，由Fkx得，小盘重力大小为1 N，即小盘质量为0.1 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3(2018深圳调研)把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数，如图甲所示(1)未挂钩码之前，指针B指在刻度尺如图乙所示的位置上，记为_ cm；(2)将质量50 g的钩码逐个挂在弹簧的下端，逐次记录两弹簧各自的伸长量；所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸长量x，可描绘出如图丙所示的图像，由图像可计算出弹簧的劲度系数k2_N/m；(取重力加速度g9.8 m/s2)(3)图丙中，当弹簧的伸长量超过17 cm时其图线为曲线，由此可知，挂上第_个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这对测量弹簧的劲度系数_(选填“有”或“没有”)影响(弹簧的弹性限度足够大)答案(1)11.50(2)28(3)5没有解析(1)刻度尺读数需读到最小刻度的下一位，指针示数为11.50 cm；(2)由图像中的数据可知，弹簧的形变量为x7.00 cm时，拉力：F40.059.8 N1.96 N根据胡克定律知：k2N/m28 N/m；(3)由图像中的数据可知，当弹簧的伸长量为14 cm时，对应的拉力是1.96 N，所以其劲度系数：k1N/m14 N/m，弹簧的伸长量为17 cm时，对应的拉力Fk1x140.17 N2.38 N，n4.86，由此可知，挂上第5个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这时，弹簧的图线仍然是直线，说明对测量弹簧的劲度系数没有影响4(2018安庆模拟)甲、乙两个物理兴趣小组，利用如图所示的装置来探究弹簧的弹力和伸长量之间的关系两个小组用同一规格的弹簧分别做实验，得到如图所示的Fx图线(忽略弹簧秤自重)(1)甲小组所做的图像的横坐标应是_；乙小组所作图像的横坐标应是_；(2)甲小组得到的图像末端是弯曲的，其原因可能是_；(3)由此图像可得该弹簧的原长_ cm，劲度系数k_ N/m.答案(1)弹簧形变量弹簧总长度(2)超过弹性限度(3)1030解析(1)由胡克定律可知，Fkx；由图甲可知，所作图像过原点，故横坐标为弹簧的形变量；而图乙中图像不过原点，则说明横坐标应为弹簧的总长度；(2)由于胡克定律的使用中不能超过弹性限度，故甲小组末端弯曲是因为超过弹性限度，胡克定律不再适用；(3)由乙图可知，图像与横坐标的交点表示弹簧的原长，图像的斜率表示劲度系数，故k N/m30 N/m.5(2018内江三模)如图甲所示，一轻质弹簧的左端水平固定于某一深度为h且开口向右的小圆筒中，轻质弹簧的原长小于h，由于小圆筒的内径较小，实验所使用长度测量的工具只能测量露出筒外弹簧的长度L.但现要测量弹簧的原长和弹簧的劲度系数该同学通过改变L，测出对应的弹力F，作出FL图像如图乙所示，那么，弹簧在小圆筒外的长度L与受到的外力F_(选填“成正比”“不成正比”)弹簧的劲度系数为_，弹簧的原长为_答案不成正比；解析由图可知，直线不过坐标原点，故小圆筒外的长度L与受到的外力F不成正比根据胡克定律F与L的关系式为：Fk(LhL0)kLk(hL0)，从图像中可得当F对应的大小分别是a与b时，弹簧的长度分别是c和d故弹簧的劲度系数为：kL0.6通过“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为L0和L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以，k1k2k3乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以，k1k2k2k3(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有_(2)简要写出实验步骤(3)如图是实验得到的图线根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？答案见解析解析(1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(或弹簧测力计)(2)实验步骤：a将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度LB；b在弹簧B的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n个)，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；c由Fmg计算弹簧的弹力；由xL1LB计算出弹簧的伸长量由k计算弹簧的劲度系数；d改变钩码的个数，重复实验步骤b、c，并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值；e按实验步骤a、b、c、d求出弹簧C的劲度系数k3的平均值；f比较k1、k2、k3得到结论(3)从同一根弹簧上截下的几段，越短的劲度系数越大(或越长的劲度系数越小)7(2018江西模拟)小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力他设计了如图1所示的实验装置，其中MN是一条长20 cm、电阻为20 的均匀电阻丝电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头P相连，上端连有接线柱将电阻丝固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，P可沿MN自由的滑动直流电源的电动势为4.5 V，内阻可忽略将电阻箱的阻值设定为40 ，当拉力为零时，P刚好触及到电阻丝的端点M，此时让接入的电压表读数为零(1)为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图(导线要接在接线柱上)；(2)当P触及到端点N时，电压表的读数为_V；(3)已知该弹簧的伸长量x与拉力F关系图线如图2所示，则弹簧拉力F与电压表读数U的关系式为_答案(1)见解析图(2)1.50(3)FU解析(1)当拉力为零时，P刚好触及到电阻丝的端点M，此时让接入的电压表读数为零，即整个电路中，MN相当于滑动变阻器，采用分压式，故连接图如图所示(2)当P触及到端点N时，电压表的读数即MN电阻分得的电压，根据闭合电路的可知URMN1.5 V(3)由图可知，x0.5F，x长电阻大小为r200.5F()根据闭合电路的欧姆定律可Ur，解得FU.6