2018-2019学年高中物理鲁科版必修一第4章 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系学业测评（word版含解析）

学业分层测评(十)
(建议用时：45分钟)
1．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是 (　　)
A．弹簧被拉伸时，可以超出它的弹性限度
B．用悬挂钩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．用几根不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
【解析】　本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，在竖直方向上改变对弹簧的拉力，来探究弹力与弹簧伸长的关系，所以选B.
【答案】　B
2．一个实验小组在“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图象如图6所示．下列表述正确的是(　　)
图6
A．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
【解析】　由胡克定律知F＝k(l－l0)，其中k为劲度系数，在F-l图象上为直线的斜率．由图象知ka＞kb，即a的劲度系数比b的大，B正确，C错误．a、b两图线与l轴的交点为弹簧的原长，则a、b的原长分别为l1和l2，从图象看出l1＜l2，故A错误．弹力F与弹簧的长度l是线性关系而不是正比关系，故D错误．
【答案】　B
3．某同学利用如图7(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．
图7
(1)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.
(2)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.
【解析】　(1)从题图(b)中可以看出，当外力为零时，弹簧的长度为4 cm，即弹簧的原长为4 cm，从图中可得当F＝2 N时，弹簧的长度为8 cm，即Δx＝4 cm，所以劲度系数为k＝＝ N/m＝50 N/m.
(2)从题图(c)中可得弹簧的弹力为3.0 N，所以从图(b)中可以找出，当F＝3 N时，弹簧的长度为10 cm.
【答案】　(1)4　50　(2)10
4．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：
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
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)如图8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8
(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)．
【解析】　(1)当弹簧轴线与刻度尺竖直平行时，刻度尺读数才能准确反应弹簧的长度及长度的变化，故都应在竖直方向．
(2)当弹簧静止时，刻度尺读数才准确，题中L3保留小数点后一位，应保留两位，所以L3记录不规范，刻度尺的精确度为1 mm，所以最小分度为1 mm.
(3)由题图可知，在纵轴每增加0.01 kg时，横轴x的增加量为2×10－2 m，而且弹簧长度L1与L0的差值为4×10－2 m，所以横轴是弹簧长度与Lx的差值．
(4)由题图可知，弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速度的乘积，即k＝ N/m＝4.9 N/m，砝码盘的质量m0＝＝10 g.
【答案】　(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm
(3)Lx　(4)4.9　10
5．某同学用如图9所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上1个钩码，并逐渐增加钩码的个数，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取g＝9.8 m/s2)
图9
砝码质量
m/×102g
0
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
标尺刻度
x/×10－2m
15.00
18.94
22.82
26.78
30.66
34.60
42.00
54.50
(1)根据所测数据，在如图10所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线．
图10
(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，这种规格的弹簧的劲度系数为________ N/m.
【解析】
　(1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线上．(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分布在线的两侧，如图．
(2)根据所画图象可以看出，当m≤5.00×102 g＝0.5 kg时，标尺刻度x与钩码质量m成一次函数关系，所以当F≤4.9 N时弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．由ΔF＝kΔx，可得k＝＝＝25 N/m.
【答案】　(1)见解析　(2)4.9　25
6．在“探究弹簧弹力和伸长量的关系”实验中，采用如图11(甲)所示的实验装置，利用钩码的重力对弹簧提供恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．
(1)有一个同学通过以上实验，已经把6组数据对应的坐标在图(乙)中描出，请作出F-L图象；
(2)请根据你作的图象得出该弹簧的原长L0＝____________cm，劲度系数k＝________N/m；
(3)根据该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验内容及数据的表格(不必填写实验测得的具体数据)；
(4)该同学实验时，把弹簧水平放置进行测量，与通常将弹簧悬挂进行测量相比较：
优点是：_____________________________________________________.
缺点是：____________________________________________________.
(甲)　　　　　　　　　(乙)
图11
【解析】　(2)由图象可知横轴截距为L0＝5 cm.斜率为劲度系数k＝20 N/m.
(4)水平放置弹簧时，弹簧的形变量与弹簧自重无关，只与钩码的重力有关，这是它的优点，但这种情况弹簧与桌面及绳子与滑轮间的摩擦力对实验结果的影响较大，造成实验误差，这是缺点．
【答案】　(1)如图所示
(2)5　20
(3)记录数据的表格如表所示
次数
1
2
3
4
5
6
弹力F/N
长度L/(×10－2 m)
(4)避免弹簧自身所受的重力对实验的影响　弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差