高中物理教科版必修一 作业 第二章 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系 Word版含解析

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．实验中可以采用不同的弹簧来测定数据
B．测弹簧的原长时，应将弹簧平放在水平桌面上
C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧处于竖直位置且平衡
D．通过实验得到弹簧弹力F与弹簧长度l的对应数值，作出的Fl图线为过原点的直线
解析：本实验中应以同一根弹簧为实验对象，A项错误；在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力，从而探究弹力与弹簧伸长的关系，但在测原长时，应把弹簧竖直悬挂，自然伸长时测量，这样可以避免弹簧自身重力的影响，选项C正确，B错误．由实验作出的弹力F与弹簧伸长量x的图线为过原点的直线，选项D错误．
答案：C
2．(多选)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”中，关于操作步骤的先后顺序，下列说法正确的是(　　)
A．先测量弹簧的原长，后竖直悬挂
B．先竖直悬挂，后测量弹簧的原长
C．先后顺序对实验结果无影响
D．先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自身重量
解析：由于弹簧自身重量的影响，弹簧平放时的长度与竖直悬挂时的长度不同，竖直悬挂时长度更长一些．由于实验时弹簧始终处于竖直状态，故弹簧长度一直受自重影响，所以测量原长时，应测量弹簧竖直悬挂时的长度，B、D项正确．
答案：BD
3．(多选)如图甲所示，一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长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像(如图乙)．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．弹簧长度的增加量与对应的弹力的增加量成正比
C．该弹簧的劲度系数是200 N/m
D．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变
解析：由题图乙可知弹簧产生的弹力和弹簧的形变量成正比，A错；由F＝kx得ΔF＝kΔx，故B对；k＝＝200 N/m，C对；由题图乙可知，该弹簧受反向压力时，图像的斜率不变，则劲度系数不变，D对．
答案：BCD
4．(1)(多选)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是________．
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
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．用刻度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的关系”的实验时，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，挂上钩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________．
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钩码的数目，以改变对弹簧的拉力，实验时弹簧要处于竖直位置，故A、B正确；弹簧的伸长量为弹簧拉长后的长度与原长的差，故C错误；对于不同的弹簧，其所受拉力与伸长量之比是不同的，故D错误．(2)由于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.
答案：(1)AB　(2)C
5．用如图所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系．轻弹簧上端固定一个力传感器，然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出．用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量．测量数据如表格所示：
　
伸长量x/(10－2m)
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
弹力F/N
1.50
2.93
4.55
5.98
7.50
(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在图中的坐标纸上描绘出能够正确反映弹力与伸长量关系的图线．
(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为________(保留两位有效数字)．
解析：横轴表示伸长量x，纵轴表示弹力F，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，图像斜率代表弹簧劲度系数．
答案：(1)如图　(2)75(74～76均可) N/m
6．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10 m/s2.则：
悬挂砝码质量/g
50
100
150
200
250
弹簧伸长量/cm
2.30
5.08
7.88
9.80
12.5
(1)请在图中所示的坐标纸上作出F-x图像；
(2)写出图像的函数表达式；
(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＝40 cm，以弹簧的总长为自变量，写出F-L的表达式，并说明图像和F-x图像的区别.
解析：(1)F-x图像如图所示．
(2)从F-x的图像知，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＝0.2 N/cm＝20 N/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＝20x(N)．
(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1 m时所需弹力为20 N，即劲度系数．(4)设弹簧的总长为L，则F＝kx＝k(L－L0)＝20(L－0.4)(N)．所作的F-L图像在横轴有截距，其物理意义即为弹簧的原长，而F-x图像没有横轴截距．
答案：(1)图见解析　(2)F＝20x(N)　(3)k＝20 N/m，是弹簧的劲度系数
(4)F＝20(L－0.4)(N)，F-L图像在横轴有截距，其物理意义即为弹簧的原长，而F-x图像没有横轴截距．
7．(1)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，用如图甲所示的装置就可以测出橡皮筋的k值，下面的表格中记录了橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验数据．其中实验数据记录有错误的是第________组．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.(结果保留两位有效数字)
实验小组
1
2
3
4
5
拉力F(N)
5
10
15
20
25
伸长量x(cm)
1.60
3.20
4.80
6.40
8
(2)不同橡皮筋的k值一般不同，k值通常与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实际都表明k＝，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．在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是________．若实验(1)使用的橡皮筋未受拉力的长度为L＝20.00 cm，直径D＝4.000 mm，则该橡皮筋的杨氏模量Y＝________(结果保留一位有效数字).
解析：(1)测量长度时，由表格中的数据可知各数据都应估读到0.1 mm，故实验数据记录有误的是第5组．由表格中的数据作出对应的图像．利用图像的斜率表示k值可得k＝3.1×102 N/m.(2)由k＝可得Y＝，故杨氏模量Y的单位应该是Pa，代入数据可得：Y＝5×106 Pa.
答案：(1)5　如图所示　3.1×102　(2)Pa　5×106 Pa