2021高考物理大一轮复习题组层级快练：第二单元 相互作用 作业10 Word版含答案

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1．(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，以下说法正确的是( )
A．弹簧被拉伸时，能超出它的弹性限度
B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上砝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，最后画出的图线可能是下图所示图像中的( )
答案 (1)B (2)C
解析 (1)本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减砝码的数目，以改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长量的关系，所以选B项．
(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x≠0，所以选C项．
二、非选择题
2．(2015·四川)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1所示，图2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50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________ N(当地重力加速度g＝9.8 m/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．
答案 25.82 0.98 弹簧的原长l0
解析 根据图2指针指示可知，l1＝25.82 cm，挂2个钩码时，以2个钩码整体为对象，受重力mg和弹簧的拉力F2作用而处于平衡；根据共点力平衡条件有：F2＝mg＝2×50×10－3×9.8 N＝0.98 N，弹簧的伸长(或缩短)量x＝|l－l0|，其中l为弹簧形变以后的长度，l0为弹簧的原长，因此要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是弹簧的原长l0.
3．某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．
(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持________状态．
(2)实验中需要测量(记录)的物理量有______________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)他通过实验得到如图(b)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.
(4)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x＝________ cm.
答案 (1)竖直
(2)悬挂钩码的重力及对应的弹簧长度
(3)4 50 (4)10
解析 (1)为了刻度尺读数准确，要求刻度尺保持竖直．
(3)由胡克定律，可得F＝k(x－x0)，可知图线与x轴的截距大小等于弹簧的原长，即x0＝4 cm；图线的斜率大小等于弹簧的劲度系数k＝50 N/m.
(4)由胡克定律，可得F＝k(x－x0)，代入数据得x＝10 cm.
4．某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长L0＝4.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示．
(1)根据表中数据作出F－x图线；
(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝______ N/m；
(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是______________________________________．
答案 (1)如图
(2)50 (3)弹簧自身重力
解析 (1)略
(2)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比，由ΔF＝kΔx，得k＝eq \f(ΔF,Δx)，即图线的斜率为弹簧的劲度系数．
(3)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样，平放时稍短一些．量取L0时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上，让其自然下垂，再用毫米刻度尺量得自然状态下的原长．
5．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．
(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”)．
(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10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表．
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分度为________．
(3)下图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”)．
(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9.8 m/s2)
答案 (1)竖直 (2)静止 L3 1 mm (3)Lx
(4)4.9，10
解析 (1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．
(2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm.
(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L－Lx.
(4)由胡克定律F＝kΔx知，图线斜率即为劲度系数k＝eq \f(Δmg,Δx)＝eq \f(10×10－3×9.8,2×10－2) N/m＝4.9 N/m，同理砝码盘质量m＝eq \f(4.9×（27.35－25.35）×10－2,9.8) kg＝0.01 kg＝10 g.
6．通过“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为eq \f(2,3)L0和eq \f(1,3)L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：
甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以，k1＝k2＝k3
乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以，k1丙同学：同一根弹簧截成的两段，越长劲度系数越大，所以，k1>k2>k3
(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有________．
(2)简要写出实验步骤．
(3)如图是实验得到的图线．根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？
答案 见解析
解析 (1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(或弹簧测力计)
(2)实验步骤：
a．将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度LB；
b．在弹簧B的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n个)，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；
c．由F＝mg计算弹簧的弹力；由x＝L1－LB计算出弹簧的伸长量．由k＝eq \f(F,x)计算弹簧的劲度系数；
d．改变钩码的个数，重复实验步骤b、c，并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值；
e．按实验步骤a、b、c、d求出弹簧C的劲度系数k3的平均值；
f．比较k1、k2、k3得到结论．
(3)从同一根弹簧上截下的几段，越短的劲度系数越大(或越长的劲度系数越小)．
7．某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为h＝0.25 m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的左部分位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒口右端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变挂钩码的个数来改变l，作出F－l变化的图线如图乙所示．
(1)由此图线可得出的结论是________________________________________________；
(2)弹簧的劲度系数为________ N/m，弹簧的原长l0＝________ m；
(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于________；缺点在于______________．
答案 (1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比
(2)100 0.15
(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差
解析 (1)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比．
(2)弹簧原长为l0，则根据胡克定律，有F＝k(h＋l－l0)＝kl＋k(h－l0)①
由此可知，图像的斜率大小表示劲度系数大小，故k＝100 N/m，h＝0.25 m，当l＝0时，F＝10 N，将数据代入方程①，可解得l0＝15 cm＝0.15 m.
(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于避免弹簧自身所受重力对实验的影响．
缺点在于：弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差．
8．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F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，理论与实验都表明k＝eq \f(YS,L)，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量．
(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是________．
A．N B．m
C．N/m D．Pa
(2)有一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图甲所示的实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＝20.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000 mm，那么测量工具a应该是________；测量工具b应该是________．
(3)用如图甲所示的装置就可以测出这种橡皮筋的Y值，下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录.
请在图乙中作出F－x图像，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________ N/m.
(4)这种橡皮筋的杨氏模量Y＝________．(保留一位有效数字)
答案 (1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器
(3)图像略 3.1×102 (4)5×106 Pa
解析 (1)由题意将公式k＝YS/L整理，得Y＝kL/S，将各已知量的国际单位代入并整理，可知Y的单位为Pa(1 N/m2＝1 Pa)．
(2)20.00 cm准确到毫米，故测量工具为毫米刻度尺，而数据4.000 mm准确到1/100 mm，估读到1/1 000 mm，必为螺旋测微器(又名千分尺)．
(3)图像的斜率为橡皮筋的劲度系数，约3.1×102 N/m.
(4)代入题述公式有Y＝5×106 Pa.
钩码个数
1
2
3
4
5
弹力F/N
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
弹簧的长度x/cm
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
代表符号
L0
Lx
L1
L2
L3
L4
L5
L6
数值cm
25.35
27.35
29.35
31.30
33.4
35.35
37.40
39.30
拉力F(N)
5
10
15
20
25
伸长量x(cm)
1.6
3.2
4.8
6.4
8.0