2019高中物理 第三章课后提升训练 实验1 实验探究弹力和弹簧伸长的关系 新人教版必修1.doc
1课后提升训练课后提升训练 实验实验: :探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系(25(25 分钟分钟 5050 分分) )1.(8 分)(多选)如图甲所示,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形变量与弹簧产生的弹力的关系图象,如图乙所示。则下列判断正确的是 ( )A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹力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 200N/mD.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变【解析】选 B、C、D。弹力 F 与弹簧形变量 x 的关系图象为过原点的直线,说明弹力与弹簧形变量成正比,与弹簧的长度不成正比,A 错,B 对;弹簧的劲度系数 k=N/m=200N/m,C 对;弹簧的劲度系数由弹簧的自身因素决定,与其受拉力或压力无关,D 对。2.(12 分)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,如图甲所示,图乙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 50g,挂 2 个钩码时,弹簧弹力 F2=_N(当地重力加速度 g=9.8m/s2)。要得到弹簧伸长量 x,还需要测量的是_,作出 F-x 曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。2【解析】由图乙可估读为 25.85cm。挂 2 个钩码时,弹簧弹力等于钩码的重力,即F2=2mg=0.98N。由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长,因此要得到伸长量,还需要测量弹簧原长。答案:25.85 0.98 弹簧原长3.(14 分)为了探求弹簧弹力 F 和弹簧伸长量 x 的关系,李强同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图象,从图象上看,该同学没能完全按实验要求做,使图象上端成为曲线,图线上端成为曲线是因为_。甲弹簧的劲度系数为_N/m,乙弹簧的劲度系数为_N/m。若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧_(选填“甲”或“乙”)。【解析】图线上端弯曲,表明拉力过大,已经使弹簧的形变超过了弹簧的弹性限度。k甲=N/m66.7N/m,k乙=N/m=200N/m。如果制作精确度比较高的弹簧测力计,应选用劲度系数比较小的弹簧,故应选用甲弹簧。答案:弹簧的形变超过了弹性限度 66.7 200 甲【补偿训练】(2017·南通高一检测)下表是某同学在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中测得的几组数据,g 取 10m/s2。则:悬挂砝码质量/g50100150200250弹簧伸长量/cm2.305.087.889.8012.5(1)请在如图所示的坐标纸上作出 F-x 图象。3(2)写出图象的函数表达式。(3)解释函数表达式中常数的物理意义。(4)若弹簧的原长为 L0=40cm,以弹簧的总长为自变量,写出 F-L 的表达式,并说明图象和 F-x图象的区别。【解析】(1)F-x 图象如图所示。(2)从 F-x 的图象知,弹簧的弹力 F 与伸长量 x 成正比,在直线上取较远的两点代入 k=,可得直线的斜率为 k=0.2N/cm=20N/m。所以该弹簧的弹力与伸长量的关系的函数表达式为F=kx=20N/m·x。(3)弹簧的弹力与伸长量的关系是 F=kx,式中的常数 k 表示使弹簧伸长 1m 时所需弹力为 20N,即劲度系数。(4)设弹簧的总长为 L,则 F=kx=k(L-L0)=20N/m·L-8N。所作的 F-L 图象在横轴有截距,其物理意义即为弹簧的原长,而 F-x 图象没有横轴截距。答案:(1)图见解析(2)F=20N/m·x (3)20N/m 是弹簧的劲度系数(4)F=20N/m·L-8N,F-L 图象在横轴有截距,其物理意义即为弹簧的原长,而 F-x 图象没有横轴截距4.(16 分)某实验小组探究弹簧的劲度系数 k 与其长度(圈数)的关系。实验装置如图甲所示,一均匀长弹簧竖直悬挂,7 个指针 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60 圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向 0 刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为 x0;挂有质量为 0.100kg 的砝码时,各指针的位置记为 x。测量结果及部分计算结果如表所示(n 为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为 60,整个弹簧的自由长度为 11.88cm。4P1P2P3P4P5P6x0/cm2.044.066.068.0510.0212.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/(N/m)16356.043.633.828.8/(m/N)0.00610.01790.02290.02960.0347(1)将表中数据补充完整:_,_。(2)以 n 为横坐标, 为纵坐标,在图乙给出的坐标纸上画出 -n 图象。(3)图乙中画出的直线可近似认为通过原点,若从实验中所用的弹簧截取圈数为 n 的一段弹簧,该弹簧的劲度系数 k 与其圈数 n 的关系的表达式为 k=_N/m;该弹簧的劲度系数 k 与其自由长度 l0(单位为 m)的关系的表达式为 k=_N/m。【解析】(1)由胡克定律得,mg=k·x,由表中数据知,x=(5.26-4.06)cm=1.20cm,代入得 k81.7N/m。 0.012 2m/N。5(2) -n 图象如图所示。(3)由图象得斜率约为 0.000 572,即 =0.000 572n,所以 k=。由题意,每圈弹簧的长度l=cm,则自由长度为l0的弹簧的圈数 n=将其代入 k=得, 答案:(1)81.7 0.012 2 (2)图见解析(3)(在之间均同样给分)之间均同样给分)【补偿训练】某同学用如图甲所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:砝码质量m/×102g01.002.003.004.005.006.007.006标尺刻度x/×10-2m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据,在坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度 x 与砝码质量 m 的关系曲线。(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在_N 范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为_N/m。【解析】(1)根据表格中所测数据,在坐标系中描点如图所示:(2)从 x 与砝码质量 m 的关系曲线可以看出,在 04.9N 范围内弹力大小与弹簧伸长关系曲线是一条直线,这说明在这一范围内满足胡克定律,由曲线斜率的倒数可求得弹簧的劲度系数为 k=N/m=25.0N/m。答案:(1)见解析图 (2)04.9 25.0
