（新課標）2020高考物理一輪復習 課時作業(yè)10 實驗：研究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系（含解析）新人教版

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1、實驗：研究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 1．(2018·天津二模)利用如圖1所示的裝置探究彈簧的彈力與形變量的關(guān)系 ①對于該實驗，下列操作規(guī)范的是________．(填字母代號) A．固定刻度尺時，保持刻度尺的零刻度線與彈簧上端對齊且豎直并靠近彈簧 B．實驗中任意增加鉤碼的個數(shù) C．實驗中僅把彈簧豎直懸掛待穩(wěn)定時測量彈簧的原長 D．實驗數(shù)據(jù)處理時，把所有的描點用折線連起來 ②實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應的彈簧總長度L，測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標圖中，作出的F－L圖線如圖2所示．由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________ c

2、m，勁度系數(shù)k＝________N/m. 答案　①AC；②5；20. 解析　①A項，固定刻度尺時，保持刻度尺的零刻度線與彈簧上端對齊且豎直并靠近彈簧，故A項正確； B項，實驗過程應使彈簧始終在彈性限度內(nèi)，實驗中不能任意增加鉤碼的個數(shù)，以防止超過彈簧的彈性限度，故B項錯誤； C項，為防止彈簧自重對實驗的影響，實驗中僅把彈簧豎直懸掛待穩(wěn)定時測量彈簧的原長，故C項正確； D項，實驗數(shù)據(jù)處理時，應根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系內(nèi)描出對應點，然后作出圖像，圖像應是直線而不是折線，故D項錯誤； 故選A、C兩項． ②由圖示圖像可知，F(xiàn)＝0 N時L＝0.05 m＝5 cm，則彈簧的原長為5 cm， 彈簧

3、的勁度系數(shù)：k＝＝ N/m＝20 N/m. 2．一個實驗小組做“探究彈簧彈力與彈簧伸長關(guān)系”的實驗，采用如圖甲所示裝置，質(zhì)量不計的彈簧下端掛一個小盤，在小盤中增添砝碼，改變彈簧的彈力．實驗中作出小盤中砝碼重力與彈簧伸長量x的關(guān)系圖像如圖乙所示．(重力加速度g＝10 m/s2) (1)由圖乙可知該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m. (2)由圖乙可求得小盤的質(zhì)量為________kg，小盤的質(zhì)量會導致彈簧勁度系數(shù)的測量結(jié)果與真實值相比________．(填“偏大”“偏小”或“相同”) 答案　(1)200　(2)0.1　相同 解析　(1)F-x圖線的斜率k的大小等于彈簧勁度系數(shù)的

4、大小，即k＝2 N/cm＝200 N/m. (2)當小盤中砝碼重力為零時，小盤重力使彈簧伸長量為0.5 cm，由F＝kx得，小盤重力大小為1 N，即小盤質(zhì)量為0.1 kg，勁度系數(shù)是根據(jù)圖線斜率計算出的，小盤的質(zhì)量對結(jié)果無影響． 3．(2018·深圳調(diào)研)把兩根輕質(zhì)彈簧串聯(lián)起來測量它們各自的勁度系數(shù)，如圖甲所示． (1)未掛鉤碼之前，指針B指在刻度尺如圖乙所示的位置上，記為________ cm； (2)將質(zhì)量50 g的鉤碼逐個掛在彈簧Ⅰ的下端，逐次記錄兩彈簧各自的伸長量；所掛鉤碼的質(zhì)量m與每根彈簧的伸長量x，可描繪出如圖丙所示的圖像，由圖像可計算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)k2＝_____

5、___N/m；(取重力加速度g＝9.8 m/s2) (3)圖丙中，當彈簧Ⅰ的伸長量超過17 cm時其圖線為曲線，由此可知，掛上第________個鉤碼時，拉力已經(jīng)超過它的彈性限度，這對測量彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)________(選填“有”或“沒有”)影響(彈簧Ⅱ的彈性限度足夠大)． 答案　(1)11.50　(2)28　(3)5　沒有 解析　(1)刻度尺讀數(shù)需讀到最小刻度的下一位，指針示數(shù)為11.50 cm； (2)由圖像中的數(shù)據(jù)可知，彈簧Ⅱ的形變量為Δx＝7.00 cm時，拉力：F＝4×0.05×9.8 N＝1.96 N．根據(jù)胡克定律知：k2＝＝N/m＝28 N/m； (3)由圖像中的數(shù)據(jù)

6、可知，當彈簧Ⅰ的伸長量為14 cm時，對應的拉力是1.96 N，所以其勁度系數(shù)：k1＝＝N/m＝14 N/m，彈簧Ⅰ的伸長量為17 cm時，對應的拉力F′＝k1·Δx″＝14×0.17 N＝2.38 N，n＝＝4.86，由此可知，掛上第5個鉤碼時，拉力已經(jīng)超過它的彈性限度，這時，彈簧Ⅱ的圖線仍然是直線，說明對測量彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)沒有影響． 4．(2018·安慶模擬)甲、乙兩個物理興趣小組，利用如圖所示的裝置來探究彈簧的彈力和伸長量之間的關(guān)系．兩個小組用同一規(guī)格的彈簧分別做實驗，得到如圖所示的F-x圖線．(忽略彈簧秤自重) (1)甲小組所做的圖像的橫坐標應是________；乙小組所作圖

7、像的橫坐標應是________； (2)甲小組得到的圖像末端是彎曲的，其原因可能是 ________________________________________________________________________； (3)由此圖像可得該彈簧的原長＝________ cm，勁度系數(shù)k＝________ N/m. 答案　(1)彈簧形變量　彈簧總長度　(2)超過彈性限度　(3)10　30 解析　(1)由胡克定律可知，F(xiàn)＝kx；由圖甲可知，所作圖像過原點，故橫坐標為彈簧的形變量；而圖乙中圖像不過原點，則說明橫坐標應為彈簧的總長度； (2)由于胡克定律的使用中不能超過彈性限度

8、，故甲小組末端彎曲是因為超過彈性限度，胡克定律不再適用； (3)由乙圖可知，圖像與橫坐標的交點表示彈簧的原長，圖像的斜率表示勁度系數(shù)，故k＝ N/m＝30 N/m. 5．(2018·內(nèi)江三模)如圖甲所示，一輕質(zhì)彈簧的左端水平固定于某一深度為h且開口向右的小圓筒中，輕質(zhì)彈簧的原長小于h，由于小圓筒的內(nèi)徑較小，實驗所使用長度測量的工具只能測量露出筒外彈簧的長度L.但現(xiàn)要測量彈簧的原長和彈簧的勁度系數(shù)．該同學通過改變L，測出對應的彈力F，作出F-L圖像如圖乙所示，那么，彈簧在小圓筒外的長度L與受到的外力F________(選填“成正比”“不成正比”)彈簧的勁度系數(shù)為________，彈簧的原長為

9、________． 答案　不成正比；； 解析　由圖可知，直線不過坐標原點，故小圓筒外的長度L與受到的外力F不成正比 根據(jù)胡克定律F與L的關(guān)系式為：F＝k(L＋h－L0)＝kL＋k(h－L0)， 從圖像中可得當F對應的大小分別是a與b時，彈簧的長度分別是c和d 故彈簧的勁度系數(shù)為：k＝ L0＝. 6．通過“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實驗，我們知道在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(或壓縮)量x成正比，并且不同的彈簧，其勁度系數(shù)不同．已知一根原長為L0、勁度系數(shù)為k1的長彈簧A，現(xiàn)把它截成長為L0和L0的B、C兩段，設B段的勁度系數(shù)為k2、C段的勁度系數(shù)為k3，關(guān)于k1、

10、k2、k3的大小關(guān)系，同學們做出了如下猜想： 甲同學：既然是同一根彈簧截成的兩段，所以，k1＝k2＝k3 乙同學：同一根彈簧截成的兩段，越短勁度系數(shù)越大，所以，k1k2>k3 (1)為了驗證猜想，可以通過實驗來完成．實驗所需的器材除鐵架臺外，還需要的器材有________． (2)簡要寫出實驗步驟． (3)如圖是實驗得到的圖線．根據(jù)圖線得出彈簧的勁度系數(shù)與彈簧長度有怎樣的關(guān)系？ 答案　見解析 解析　(1)刻度尺、已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼(或彈簧測力計) (2)實驗步驟： a．將彈簧B懸掛在鐵架臺上

11、，用刻度尺測量其長度LB； b．在彈簧B的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個數(shù)(如n個)，并用刻度尺測量彈簧的長度L1； c．由F＝mg計算彈簧的彈力；由x＝L1－LB計算出彈簧的伸長量．由k＝計算彈簧的勁度系數(shù)； d．改變鉤碼的個數(shù)，重復實驗步驟b、c，并求出彈簧B的勁度系數(shù)k2的平均值； e．按實驗步驟a、b、c、d求出彈簧C的勁度系數(shù)k3的平均值； f．比較k1、k2、k3得到結(jié)論． (3)從同一根彈簧上截下的幾段，越短的勁度系數(shù)越大(或越長的勁度系數(shù)越小)． 7．(2018·江西模擬)小李同學嘗試用電壓表量度彈簧的拉力．他設計了如圖1所示的實驗裝置，其中MN是一條長20 cm、電

12、阻為20 Ω的均勻電阻絲．電阻不計的金屬彈簧下端與滑動接觸頭P相連，上端連有接線柱．將電阻絲固定在豎直位置，當彈簧被拉長時，P可沿MN自由的滑動．直流電源的電動勢為4.5 V，內(nèi)阻可忽略．將電阻箱的阻值設定為40 Ω，當拉力為零時，P剛好觸及到電阻絲的端點M，此時讓接入的電壓表讀數(shù)為零． (1)為達到實驗目的，請你幫他完成實物連線圖(導線要接在接線柱上)； (2)當P觸及到端點N時，電壓表的讀數(shù)為________V； (3)已知該彈簧的伸長量x與拉力F關(guān)系圖線如圖2所示，則彈簧拉力F與電壓表讀數(shù)U的關(guān)系式為________． 答案　(1)見解析圖　(2)1.50　(3)F＝U 解析　(1)當拉力為零時，P剛好觸及到電阻絲的端點M，此時讓接入的電壓表讀數(shù)為零，即整個電路中，MN相當于滑動變阻器，采用分壓式，故連接圖如圖所示 (2)當P觸及到端點N時，電壓表的讀數(shù)即MN電阻分得的電壓，根據(jù)閉合電路的可知U＝RMN＝1.5 V (3)由圖可知，x＝0.5F，x長電阻大小為r＝×20＝0.5F(Ω) 根據(jù)閉合電路的歐姆定律可U＝·r，解得F＝U. 6