高考物理大一轮复习 题组层级快练10 第二单元 相互作用 4 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系.doc

题组层级快练(十)实验：探究弹力和弹簧伸长的关系一、选择题1(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，以下说法正确的是()a弹簧被拉伸时，能超出它的弹性限度b用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态c用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量d用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长l0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度l，把(ll0)作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下图所示图像中的()答案(1)b(2)c解析(1)本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减砝码的数目，以改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长量的关系，所以选b项(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选c项二、非选择题2(2015四川)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图1所示，图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1_ cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5.已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力f2_ n(当地重力加速度g9.8 m/s2)要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_作出fx曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系答案25.820.98弹簧的原长l0解析根据图2指针指示可知，l125.82 cm，挂2个钩码时，以2个钩码整体为对象，受重力mg和弹簧的拉力f2作用而处于平衡；根据共点力平衡条件有：f2mg2501039.8 n0.98 n，弹簧的伸长(或缩短)量x|ll0|，其中l为弹簧形变以后的长度，l0为弹簧的原长，因此要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是弹簧的原长l0.3某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态(2)实验中需要测量(记录)的物理量有_.(3)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小f与弹簧长度x的关系图线由此图线可得该弹簧的原长x0_ cm，劲度系数k_ n/m.(4)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x_ cm.答案(1)竖直(2)悬挂钩码的重力及对应的弹簧长度(3)450(4)10解析(1)为了刻度尺读数准确，要求刻度尺保持竖直(3)由胡克定律，可得fk(xx0)，可知图线与x轴的截距大小等于弹簧的原长，即x04 cm；图线的斜率大小等于弹簧的劲度系数k50 n/m.(4)由胡克定律，可得fk(xx0)，代入数据得x10 cm.4某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长l04.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示钩码个数12345弹力f/n1.02.03.04.05.0弹簧的长度x/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据作出fx图线；(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k_ n/m；(3)图线与x轴的交点坐标大于l0的原因是_答案(1)如图(2)50(3)弹簧自身重力解析(1)略(2)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比，由fkx，得k，即图线的斜率为弹簧的劲度系数(3)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样，平放时稍短一些量取l0时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上，让其自然下垂，再用毫米刻度尺量得自然状态下的原长5某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(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_方向(填“水平”或“竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为l0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为l1至l6，数据如下表代表符号l0lxl1l2l3l4l5l6数值cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为_由表可知所用刻度尺的最小分度为_(3)下图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_的差值(填“l0”或“lx”)(4)由图可知弹簧的劲度系数为_n/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)答案(1)竖直(2)静止l31 mm(3)lx(4)4.9，10解析(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向(2)弹簧静止时，记录原长l0；表中的数据l3与其他数据有效位数不同，所以数据l3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以xllx.(4)由胡克定律fkx知，图线斜率即为劲度系数k n/m4.9 n/m，同理砝码盘质量m kg0.01 kg10 g.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某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为h0.25 m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的左部分位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒口右端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变挂钩码的个数来改变l，作出fl变化的图线如图乙所示(1)由此图线可得出的结论是_；(2)弹簧的劲度系数为_ n/m，弹簧的原长l0_ m；(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于_；缺点在于_答案(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比(2)1000.15(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差解析(1)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比(2)弹簧原长为l0，则根据胡克定律，有fk(hll0)klk(hl0)由此可知，图像的斜率大小表示劲度系数大小，故k100 n/m，h0.25 m，当l0时，f10 n，将数据代入方程，可解得l015 cm0.15 m.(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于避免弹簧自身所受重力对实验的影响缺点在于：弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差8橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力f成正比，即fkx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度l、横截面积s有关，理论与实验都表明k，其中y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量(1)在国际单位制中，杨氏模量y的单位应该是_anbmcn/m dpa(2)有一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量y的值首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度l20.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径d4.000 mm，那么测量工具a应该是_；测量工具b应该是_(3)用如图甲所示的装置就可以测出这种橡皮筋的y值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力f与伸长量x的实验记录.拉力f(n)510152025伸长量x(cm)1.63.24.86.48.0请在图乙中作出fx图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k_ n/m.(4)这种橡皮筋的杨氏模量y_(保留一位有效数字)答案(1)d(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)图像略3.1102(4)5