人教版 (2019)1 重力与弹力第2课时同步测试题

第三章分层作业15　实验:探究弹簧弹力与形变量的关系

A级 必备知识基础练

1.(2023江苏苏州高一月考)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.(2023广东肇庆高一期中)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10 cm

B.该弹簧的劲度系数为0.25 N/m

C.该弹簧的劲度系数与弹力成正比

D.在该弹簧下端悬挂2.0 N的重物时,弹簧的长度为8 cm

3.(2023上海宝山高一期中)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.(2023北京顺义高一期末)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=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端悬挂重力均为0.5 N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。

(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级 关键能力提升练

5.(2023广东深圳高一期末)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=100 g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10 m/s2。

(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.(2023江西南昌高一期末)在探究弹力和弹簧伸长量的关系并测量弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图甲所示。将弹簧的左端固定在桌面的“0”刻度处,弹簧的右端带有指针。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别记录指针所指毫米刻度尺的刻度,所得数据如表所示。

甲

乙

(1)当在弹簧下端挂上3个钩码时,指针所示位置如图乙所示,请将表格补充完整　　　　。 

(2)已知实验所用单个钩码质量为100 g,当地重力加速度为9.8 m/s2,则该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m。(结果保留三位有效数字) 

(3)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置相比较。优点在于:                                 。 

7.实验小组做探究拉力与弹簧形变量关系的实验时,所用的器材有:待测弹簧(能承受的最大拉力5 N)、钩码(每个50 g,共5只)、铁架台(含铁夹)、刻度尺。

(1)弹簧上端与刻度尺零刻度对齐,弹簧的下端位置如图甲中放大图所示,刻度尺的分度值是1 mm,则弹簧的原长是　　　　 cm。 

(2)测得实验数据如表:

请根据表中数据在图乙坐标纸中作出F-x图像。

(3)F-x图线明显不过坐标原点,图线不过原点的原因是　　　　。 

A.偶然误差

B.系统误差

C.弹簧有一定的自重

D.横坐标不是弹簧的形变量

(4)由F-x图可求得弹簧的劲度系数是　　　　 N/m。(计算结果保留两位有效数字) 

(5)该测量值与弹簧劲度系数的真实值相比　　　　(选填“偏大”“相等”或“偏小”)。 

参考答案

分层作业15　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=10×10-2 m=10 cm,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= N/m=25 N/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2.0 N的重物时,有Δl= m=0.08 m=8 cm,弹簧长度为l2=l0+Δl=10 cm+8 cm=18 cm,故D错误。

3.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　③

4.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= N/m=25 N/m。

(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= N/m=100 N/m。

答案 (1)nmg　(2)图像见解析　(3)100

6.解析 (1)由图可知,刻度尺的分度值为1 mm,需要估读到0.1 mm,因此弹簧的长度为14.80 cm。

(2)根据胡克定律F=kΔx=3mg,解得k=73.4 N/m。

(3)优点:避免弹簧自身所受重力对实验的影响。

答案 (1)14.80　(2)73.4　(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响

7.解析 (1)刻度尺的分度值是1 mm,需要估读到下一位,则弹簧的原长是5.00 cm。

(2)作出F-x图像,如图所示。

(3)F-x图线明显不过坐标原点,关于图线不过原点的主要原因是横坐标是弹簧的长度,而不是弹簧的形变量,次要原因是弹簧有一定的自重。故选CD。

(4)根据图像的斜率可知,弹簧的劲度系数为k= N/m=13 N/m。

(5)因为(3)中的原因分析都不会影响图像的斜率,则测量值等于弹簧劲度系数的真实值。

答案 (1)5.00　(2)图像见解析　(3)CD　(4)13　(5)相等