2024-2025学年高一物理必修第一册（配人教版）第3章 相互作用-力 分层作业16 实验 探究弹簧弹力与形变量的关系

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分层作业16实验:探究弹簧弹力与形变量的关系A组必备知识基础练1.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,做探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系的实验时,下列说法不正确的是()A.实验中还需要刻度尺作为测量工具B.如图乙所示,图像不通过原点的原因是弹簧有自重C.如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,作出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像,可知a的劲度系数比b的大D.如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,作出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像,可知弹力与弹簧长度成正比2.探究弹力和弹簧伸长的关系时,作出弹力F与弹簧总长度l的关系图线如图所示,则()A.该弹簧的原长为10cmB.该弹簧的劲度系数为0.25N/mC.该弹簧的劲度系数与弹力成正比D.在该弹簧下端悬挂2.0N的重物时,弹簧的长度为8cm3.如图甲所示,用一个竖直向下的力将弹簧压缩后保持静止,桌面对弹簧的弹力是因为发生了形变。改变手施加的力F的大小,记录F和弹簧压缩后的长度l,得到的F-l图像是图乙中的。

4.某实验小组做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验时,某同学先把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长l0=4.6cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端悬挂重力均为0.5N的钩码,每增加一只钩码都记下对应的弹簧的长度l,实验数据记录如下表所示。钩码个数123456弹力F/N0.51.01.52.02.53.0弹簧的长度l/cm7.09.011.013.015.017.0(1)根据表中数据在图中作出F-l图线。(2)由此图线可得,该弹簧的劲度系数k=N/m。

(3)图线与横轴的交点坐标大于l0的原因可能是

。

B组关键能力提升练5.某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数,缓冲装置如图甲所示,一透明有机玻璃管竖直固定,弹簧一端固定在管内底端。实验过程如下:先在管旁边竖直固定一毫米刻度尺,再将单个质量m=100g的钢球(直径略小于管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数l及相应的弹簧压缩量x,数据见表。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内,弹簧重力可忽略,g取10m/s2。钢球个数n012345刻度尺示数l/cm15.6016.5617.6218.6019.4020.60压缩量x/cm00.962.023.003.805.00(1)滑进n个钢球静止时,弹簧弹力大小F=。(使用题中所给的字母表示)

(2)以弹簧压缩量x为横轴、弹簧弹力F为纵轴建立直角坐标系,如图乙所示,图中已标出了与测量数据对应的3个坐标点,请在图中标出放入第2、4个钢球时测量数据的坐标点,并描绘出F-x图线。(3)根据F-x图像,可知:弹簧的劲度系数k=N/m。(保留三位有效数字)

6.某实验小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度x的关系。把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达位置的刻度。然后,在弹簧下端悬挂不同数量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端位置的刻度,实验中弹簧的形变量始终未超过弹簧的弹性限度。通过分析数据得出实验结论。甲乙丙(1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小来代替弹簧弹力的大小,这样做的依据是

。

(2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧的长度x为横轴建立直角坐标系,依据实验数据作出F-x图像,如图乙所示。由图像可知,弹簧自由下垂时的长度x0=cm,弹簧的劲度系数k=N/m。

(3)另外一名同学用该弹簧探究弹簧弹力F与弹簧形变量Δx的关系,测得弹簧水平放置时的长度为初始长度,然后再将弹簧竖直悬挂如图甲所示进行实验,依据实验数据作出Δx-F图像,如图丙所示,图像与纵轴有截距的原因是实验中未考虑弹簧自身受到的重力,查阅资料得知弹簧自重与形变量的定量关系是Δx=G2k+Fk,据此估算弹簧自重为7.(2024河南郑州高一期中)某实验小组设计实验探究弹簧的劲度系数与哪些因素有关,在研究弹簧劲度系数与弹簧的圈数的关系时:(1)小组取材料相同、直径相同、粗细相同、长度相同、圈数不同的两个弹簧进行实验。这种实验方法称。

(2)按照如图甲所示的方案设计实验,弹簧1的圈数少,弹簧2的圈数多,改变被支撑重物的质量m,静止时测出弹簧的形变量x,得到质量m与形变量x的关系式图像,取多组类似弹簧实验均可得到类似的图像,如图乙所示,可知弹簧单位长度的圈数越(选填“多”或“少”),弹簧的劲度系数越大。

(3)图乙中,已知弹簧1的劲度系数为k,则弹簧2的劲度系数为。

(4)如图丙所示,某学习小组把两根弹簧连接起来,测量弹簧1的劲度系数,弹簧2的重力(选填“会”或“不会”)引起弹簧1的劲度系数的测量误差。

参考答案分层作业16实验:探究弹簧弹力与形变量的关系1.D实验中还需要刻度尺作为测量工具,测量弹簧受到拉力后弹簧的长度,故A正确;由图乙可知,图像不通过原点的原因是弹簧自身有重力,在未挂上钩码时,弹簧由于自身重力使得弹簧有一定的伸长量,故B正确;设弹簧的原长为l0,弹簧的劲度系数为k,根据胡克定律可得F=kx=k(l-l0),可知F-l图像的斜率等于弹簧的劲度系数,由图丙可知弹簧a的劲度系数大于弹簧b的劲度系数,弹力与弹簧长度并不成正比,故C正确,D错误。2.A由弹力F与弹簧总长度l的关系图线可知,当F=0时,弹簧为原长,故弹簧原长为l0=10×10-2m=10cm,故A正确;由弹力F与弹簧总长度l的关系图线可知,图像斜率k=ΔFΔl=2.5-00.20-0.10N/m=25N/m,故B错误;弹簧的劲度系数只与弹簧本身有关,与弹力无关,故C错误;在该弹簧下端悬挂2.0N的重物时,有Δl=Fk=2.025m=0.083.解析如图甲所示,用一个竖直向下的力将弹簧压缩后保持静止,桌面对弹簧的弹力是因为桌面发生了形变。改变手施加的力F的大小,记录F和弹簧压缩后的长度l,根据F=k(l0-l),可知得到的F-l图像是图乙中的③。答案桌面③4.解析(1)描点作图,如图所示。(2)图像的斜率表示劲度系数,故有k=ΔFΔl=3.0(3)图线与l轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度,其数值大于弹簧原长,因为弹簧自身重力的影响。答案(1)图见解析(2)25(3)弹簧自身重力的影响5.解析(1)滑进n个钢球静止时,根据平衡条件,弹簧弹力大小F=nmg。(2)描绘出F-x图线如图所示。(3)F-x图线斜率代表劲度系数,则k=ΔFΔx=5-0答案(1)nmg(2)图像见解析(3)1006.解析(1)根据平衡条件,钩码静止时其所受重力的大小等于弹簧弹力的大小,所以实验时可以用钩码所受重力的大小来代替弹簧弹力的大小。(2)F-x图像的横轴截距表示弹簧自由下垂时的长度,所以由题图乙可知x0=5.0cm;弹簧的劲度系数k=ΔFΔx=50.(3)由题图丙知,当Δx=0.065m时F=3.0N,根据Δx=G2k+Fk,代入数据得G=0答案(1)根据平衡条件,钩码静止时其所受重力的大小等于弹簧弹力的大小(2)5.050(3)0.57.解析(1)每次只改变其中某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,这种方法叫控制变量法。(2)根据胡克定律有mg=kx,得x=gkm,则x-m图像的斜率为gk,图像斜率越大弹簧的劲度系数越小,由图乙可看出直线2的斜率大于直线1的斜率,