2021学年新教材高中物理第三章相互作用力13探究弹力和弹簧伸长量之间练习含解析新人教版必修第一册

-1-课时3探究弹力和弹簧伸长量之间的关系考点1实验原理与实验步骤1.(湖北黄冈中学2019高一月考)如图3-1-20甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。图3-1-20(1)为完成实验,还需要的实验器材是。答案：刻度尺解析：实验需要测弹簧的长度、形变量,故还需要的实验器材是刻度尺。(2)实验中需要测量的物理量有。答案：弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或长度)解析：为了测量弹簧的形变量,实验中还应测量弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或长度)。(3)图3-1-20乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,图线不过原点的原因是,图线末端弯曲的原因是。答案：弹簧有自重超出弹性限度解析：图线不过原点说明没有力时有了形变量,故说明弹簧有自身的重力存在;图线末端弯曲的原因是超出弹簧的弹性限度。(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端固定于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;-2-E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式,首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;F.解释函数表达式中常数的物理意义;G.整理仪器。答案：CBDAEFG解析：实验中要先组装器材,即CB,然后进行实验,即D,再进行数据处理,分析解释表达式,最后整理仪器,即AEFG。所以先后顺序为CBDAEFG。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来。考点2实验数据处理2.(多选)如图3-1-21甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧产生的弹力大小与弹簧的形变量的关系图像,如图3-1-21乙所示。则下列判断正确的是()。图3-1-21A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹力的增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比C.该弹簧的劲度系数是2N/mD.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变答案：BD解析：图像所描述的是弹簧产生的弹力大小与弹簧的形变量的关系图像,而不是指弹簧的长度,故A项错误,B项正确;由图像求得k==200N/m,C项错误;弹簧的劲度系数由弹簧的本身性质决定,与弹簧受力与否及受力方向无关,D项正确。3.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的关系图像如图3-1-22所示。下列表述正确的是()。-3-图3-1-22A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.测得的弹力与弹簧的长度成正比答案：B解析：图像中的斜率表示劲度系数,可知a的劲度系数比b的大,B正确,C错误;图线与l轴的截距表示原长,则a的原长比b的短,A错误;弹力与弹簧的伸长量成正比,D错误。4.探究弹力和弹簧伸长量的关系时,在弹性限度内,悬挂15N重物时,弹簧长度为0.16m,悬挂20N重物时,弹簧长度为0.18m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为()。A.L0=0.02m,k=500N/mB.L0=0.10m,k=500N/mC.L0=0.02m,k=250N/mD.L0=0.10m,k=250N/m答案：D解析：根据胡克定律,当悬挂15N重物时,有F1=k(L1-L0),当悬挂20N重物时,F2=k(L2-L0),将F1=15N,L1=0.16m,F2=20N,L2=0.18m,代入解得k=250N/m,L0=0.10m。5.(多选)锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40cm,某人用600N的力把它们拉长至1.6m,则()。A.人的每只手受到拉力器的拉力为300NB.每根弹簧产生的弹力为150NC.每根弹簧的劲度系数为125N/mD.每根弹簧的劲度系数为500N/m答案：BC解析：某人用600N的力,根据牛顿第三定律得知,人的每只手受到拉力器的拉力为600N,故A项错误;由于四根弹簧并排安装,每根弹簧受到的拉力相等,每根弹簧产生的弹力均为150N,-4-故B项正确;每根弹簧的伸长量为x=1.6m-0.4m=1.2m,弹力F=150N,则由胡克定律(F=kx)得,劲度系数k==125N/m,故C项正确,D项错误。6.(湖南岳阳2019高一月考)某同学利用如图3-1-23甲装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。图3-1-23(1)在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持状态。答案：竖直解析：弹簧是竖直的,刻度尺必须与弹簧平行,故刻度尺要保持竖直状态。(2)他通过实验得到如图3-1-23乙所示的弹力大小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。答案：450解析：弹簧处于原长时,弹力为零,故原长为4cm;弹簧弹力为2N时,弹簧的长度为8cm,伸长量为4cm,根据胡克定律,有:k===50N/m。(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数如图3-1-23丙所示时,该弹簧的长度x=cm。答案：10解析：由题图丙得到弹簧的弹力为3N,根据题图乙得到弹簧的长度为10cm。7.(福建晋江2019高一月考)某同学想探究弹力与弹簧伸长量的关系。(1)该同学将弹簧悬挂在铁架台上,刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在(填“水平”或“竖直”)方向。答案：竖直解析：弹簧的轴线必须沿重力方向,所以应沿竖直方向。(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10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6,数据如下表:代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6-5-数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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刻度为。答案：静止L31mm解析：由于表中测量值已经估读到0.1mm,所以刻度尺的最小刻度应是1mm。(3)如图3-1-24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”)。图3-1-24答案：Lx解析：因为m0g=k(Lx-L0),nmg+m0g=k(Ln-L0),整理得nmg=k(Ln-Lx),所以横轴应为弹簧长度与Lx的差值。(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9.8m/s2)。答案：4.910解析：从上式可以看出图像的斜率表示劲度系数k的大小,即k==4.9N/m,m0=-=1.×1-2kg=10g。