广西专版2024-2025学年新教材高中物理第3章相互作用-力1重力与弹力课时2实验探究弹簧弹力与形变量的关系课后训练新人教版必修第一册

课时2试验:探究弹簧弹力与形变量的关系课后·训练提升1.关于探究弹簧弹力和伸长量的关系的试验,下列说法正确的是()A.试验中k的详细数值必需计算出来B.假如没有测出弹簧原长,用弹簧长度l代替x,F-l图线也是过原点的一条直线C.利用F-x图线可求出k值D.作图时要把全部点连到线上,才能探究得到真实规律答案C解析探究弹簧弹力和伸长量的关系的试验中利用F-x图线可求出k值,但不肯定要求解出k值,选项A错误,C正确;试验中用弹簧长度l代替x,F-l图线不是过原点的一条直线,选项B错误;作图时直线要过绝大多数点,偏离较大的点应舍去,选项D错误。2.某同学做探究弹簧弹力与伸长量的关系的试验,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用刻度尺测出弹簧的原长l0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l,把l-l0作为弹簧的伸长量x。这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最终画出的图线可能是()答案C解析由于弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x>0,选项C正确。3.利用如图甲所示的装置探究弹簧弹力与形变量的关系。(1)对于该试验,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.试验中随意增加钩码的个数C.试验中仅把弹簧竖直悬挂,待稳定时测量弹簧的原长D.试验数据处理时,把全部的描点用折线连起来(2)试验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,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F-l图线如图乙所示。由此图线可得出该弹簧的原长l0=cm,劲度系数k=N/m。

答案(1)AC(2)516解析(1)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,选项A正确;试验过程应使弹簧始终在弹性限度内,因此试验中不能随意增加钩码的个数,选项B错误;为防止弹簧自重对试验的影响,试验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测量弹簧的原长,选项C正确;试验数据处理时,应依据试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,选项D错误。(2)由题图所示图像可知,F=0时l=0.05m=5cm,则弹簧的原长为5cm。弹簧的劲度系数k=ΔFΔl4.甲、乙两个物理试验小组分别探究弹簧弹力和伸长量的关系。(1)甲组同学利用图甲所示的装置,将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐,读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指刻度尺的刻度值,所读数据列表如下:(弹簧始终未超过弹性限度,重力加速度g取9.8m/s2)试验次数123456钩码质量m/g0306090120150刻度尺读数x/cm6.008.349.4810.6411.79①试验中挂30g钩码时刻度尺的读数如图甲所示,请你将这个测量值填入记录表中。②该小组依据所测数据,在图乙中的坐标纸上建立x-m坐标系,并描出5组测量数据,请你将第2组数据描在坐标纸上,并画出x-m的关系图线。③作出的图线与坐标系纵轴有一截距,其表示的物理意义是;该弹簧的劲度系数k=N/m(结果保留3位有效数字)。

(2)乙组同学利用图丙所示的装置,用与甲组同样规格的弹簧做试验,他们将弹簧左端与刻度尺的零刻度对齐,读出不挂钩码时弹簧右端指针所指刻度尺的刻度值,然后通过定滑轮在弹簧右端的细绳上挂上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指刻度尺的刻度值。之后他们经验了与甲组同样的试验步骤,最终甲、乙两组将测出的劲度系数进行比对,发觉乙组的测量结果总比甲组的测量结果稍大一些,其缘由是,这种误差叫(选填“系统误差”或“偶然误差”)。

丙答案(1)①7.15②图见解析③弹簧的原长25.3(2)滑轮与轴及滑轮与细绳之间有摩擦系统误差解析(1)①刻度尺上精确读出7.1cm,估读0.05cm,所以应为7.15cm。②在图乙上作图,如图所示。③还没有挂重物时,弹簧的长度为弹簧的原长。由胡克定律可知mg=k(x-x0),变形得x=gkm+x0,所以gk=K(其中K为图乙中的斜率)。代入数据后得k=25(2)滑轮与轴及滑轮与细绳之间的摩擦使测量产生系统误差。5.某同学做探究弹簧弹力和伸长量的关系的试验。(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的刻度尺刻度,其示数为7.73cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的刻度尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为cm。

(2)本试验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来变更弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是(填选项前的字母)。

A.逐一增挂钩码,登记每增加一只钩码后指针所指的刻度尺刻度和对应的钩码总重B.随意增减钩码,登记增减钩码后指针所指的刻度尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要缘由是。

答案(1)6.93(2)A(3)钩码重力超出弹簧的弹性限度解析(1)由题图乙刻度尺刻度可知示数l2=14.66cm,Δl=l2-l1=6.93cm。(2)为防止弹簧超出弹性限度,应渐渐增加钩码,选项A正确。(3)由题图知,AB段对应的伸长量与弹力不成线性关系,主要缘由是钩码重力超出弹簧的弹性限度。6.橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,弹力F与伸长量x成正比,即F=kx,k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度l、横截面积S有关。理论与实践都表明k=YSl,其中Y是一个由材料确定的常数,材料力学上称之为杨氏模量。在国际单位制中,杨氏模量Y(1)有一段横截面是圆形的橡皮筋,应用如图所示的试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l=20.00cm,利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000mm,那么测量工具a应当是,测量工具b应当是。

(2)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的试验记录。拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.0请作出F-x图像,由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=N/m。

(3)这种橡皮筋的Y值等于。

答案(1)毫米刻度尺螺旋测微器(2)见解析图312.5(3)5.0×106Pa解析(1)依据精度可知a为毫米刻度尺,b为螺旋测微器。(2)依据表格数据,描点、连线,可得F-x图像如图所示。依据斜率的物量意义表示劲度系数k,可知k=Fx=312.(3)依据Y=klS求得,Y=5.0×1067.(2024·广东广雅中学高一期中)某物理课外小组利用图甲所示的装置探究弹力与弹簧伸长量的关系。图中,置于试验台上的长木板左端固定一挂钩,右端固定肯定滑轮:弹簧一端固定在木板左端的挂钩上,另一端固定有指针并与跨过滑轮的轻绳相连,弹簧下面固定有刻度尺。甲(1)调整滑轮的高度,使弹簧伸长时弹簧轴线与刻度尺。

(2)让弹簧处于自然长度,读出指针对应的刻度并记为L0,在轻绳下端挂上砝码盘,指针对应的刻度记为Lx;在砝码盘中每次增加10g砝码,指针对应的刻度依次记为L1至L6,数据如下表:代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值/cm15.3517.3519.3521.3023.4025.3527.4029.35(3)图乙是该同学依据表中数据作的图像,横轴是砝码的质量,纵轴是L1至L6与(选填“L0”或“Lx”)的差值。

乙(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2位有效数字,重力加速度取9.8m/s2)

答案(1)平行(3)Lx(4)4.910解析(1)为便于