【講與練】高中物理人教版(2019)必修1：第3章實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系提能作業(yè)習(xí)題

第三章實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1．(2023·云南昆明高一統(tǒng)考期末)某班級(jí)同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。第一小組同學(xué)將彈簧自然懸掛，測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度并記為L(zhǎng)0，彈簧下端掛上鉤碼時(shí)，測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度并記為L(zhǎng)x；根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以鉤碼質(zhì)量m為縱軸，彈簧形變量x為橫軸作出圖像如圖甲所示。(1)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_4.9__N/m。(取g＝9.8m/s2)(2)第二組同學(xué)選了A、B兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪出如圖乙所示的圖像，從圖像上看，A、B兩根彈簧的勁度系數(shù)kA_>__kB(選填“>”“＝”或“<”)。由于該組同學(xué)沒能完全按實(shí)驗(yàn)要求做，使圖像上端成為曲線，圖像上端成為曲線的原因是_所掛鉤碼過多，彈力超出彈簧的彈性限度__。乙(3)根據(jù)第二組同學(xué)所繪圖像，若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì)，應(yīng)該選擇彈簧_B__(選填“A”或“B”)。解析：(1)根據(jù)胡克定律F＝kx根據(jù)平衡條件F＝mg聯(lián)立解得mg＝kx變形得m＝eq\f(k,g)x可知m－x圖線的斜率為eq\f(k,g)，由圖可得斜率為eq\f(50×10－3,10×10－2)＝eq\f(k,9.8)解得k＝4.9N/m。(2)根據(jù)胡克定律F＝kx可知F－x圖線的斜率表示勁度系數(shù)，由乙圖可知A的斜率大，故A的勁度系數(shù)大，則有kA>kB圖像上端成為曲線的原因是所掛鉤碼過多，彈力超出彈簧的彈性限度。(3)彈簧的勁度系數(shù)小，在受到相同的力時(shí)形變量更大，因此若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì)，應(yīng)選彈簧B。2．(2023·重慶高一統(tǒng)考期末)某實(shí)驗(yàn)小組用以下器材，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量橡皮筋的勁度系數(shù)。(g＝10m/s2)主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將鉤碼(每個(gè)重10g)以每3個(gè)一組逐次加入，測(cè)量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長(zhǎng)度l，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號(hào)12345鉤碼數(shù)量n/個(gè)3691215長(zhǎng)度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(b)上描點(diǎn)，繪制圖線_見解析__；(3)根據(jù)圖像可得，橡皮筋的勁度系數(shù)k＝_20__N/m(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析：(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)，繪制圖線如圖所示(3)設(shè)彈簧的原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，根據(jù)受力平衡可得nmg＝k(l－L0)可得l＝eq\f(nmg,k)－L0可知l－n圖像的斜率為eq\f(mg,k)＝eq\f(Δl,Δn)解得橡皮筋的勁度系數(shù)為k＝eq\f(mgΔn,Δl)＝eq\f(10×10－3×10×15－3,16.56－10.51×10－2)N/m≈20N/m。3．(2023·云南文山高二統(tǒng)考期末)如圖甲所示，用光滑有機(jī)玻璃管、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的小球，每個(gè)小球的質(zhì)量為100g，探究“在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)中_是__(填“是”或“不”)需要刻度尺。(2)如圖乙所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖，橫軸是鉤碼數(shù)量n，縱軸是彈簧的形變量x。由圖像可得結(jié)論：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成_正比__(填“正比”或“反比”)，彈簧的勁度系數(shù)k＝_20__N/m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取10m/s2)。解析：(1)實(shí)驗(yàn)中是需要刻度尺，用來測(cè)量彈簧的形變量。(2)因圖像是過原點(diǎn)的直線，則彈簧的形變量與鉤碼的個(gè)數(shù)成正比，則可得結(jié)論：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比；彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(5mg,Δx)＝eq\f(5×0.1×10,0.25)N/m＝20N/m。4．在探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。所掛鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右的恒定拉力。實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度。(1)有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)系圖乙中，請(qǐng)作出F－L圖線；(2)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)在于：_可以避免彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響__；缺點(diǎn)在于：_彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩