人教版高一物理必修一32探究弹簧弹力大小与伸长量关系基础+能力+知识点Word文档格式.docx

人教版高一物理必修一32探究弹簧弹力大小与伸长量关系基础+能力+知识点Word文档格式.docx

《人教版高一物理必修一32探究弹簧弹力大小与伸长量关系基础+能力+知识点Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高一物理必修一32探究弹簧弹力大小与伸长量关系基础+能力+知识点Word文档格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3

4

5

6

弹簧弹力F/N

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

弹簧的总长度L/cm

13.00

15.05

17.10

19.00

21.00

23.00

弹簧伸长的长度x/cm

2.05

4.10

6.00

8.00

10.00

①在图2所示的坐标纸上已经描出了其中5次测量的弹簧弹力大小F与弹簧伸长的长度x对应的数据点，请把第4次测量的数据对应点描绘出来，并作出

图线________。

②根据①所得的

图线可知，下列说法正确的是___________。

（选填选项前的字母）

A．弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比

B．弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比

C．该弹簧的劲度系数为25N/m

D．该弹簧的劲度系数为0.25N/m

③第二小组同学将同一弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂完成试验。

他们得到的F−x图线用虚线表示（实线为第一组同学实验所得）。

下列图线最符合实际的是___________

A．

B．

C．

D．

④某同学想粗略测量一个原长约20cm的弹簧的劲度系数，但他手头只有一个量程是20cm的刻度尺，于是他在弹簧的中央固定一个用于读数的指针，如图3所示。

弹簧下端未悬挂钩码，静止时指针对应的刻度未l1；

弹簧下端挂一质量为m的钩码，静止时指针对应的刻度为l2。

已知当地的重力加速度g，则该弹簧的劲度系数可表示为___________。

4．（2019·

甘肃城关·

兰州一中高三期中）某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：

把一开口向右、内壁光滑、深度为h=0.25m的小圆筒水平固定在桌面上，同时把一轻弹簧一端固定于小圆筒内部左端，没有外力作用时弹簧的另一端位于筒内．如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l，作出F-l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10=______m．

（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______．

5．（2020·

山东寿光市第五中学高三月考）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

，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明

，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

的单位应该是_______。

A．NB．mC．N/mD．Pa

（2）有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图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

，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径

，那么根据所测的数据推测，测量工具b应该是_______。

（3）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。

请作出

图像_______，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=_________N/m。

拉力F/N

10

15

20

25

伸长量x/cm

1.6

3.2

4.7

6.4

8

（4）这种橡皮筋的杨氏模量Y=__________。

6．（2020·

全国高三零模）某科技小组想测定弹簧托盘秤内部弹簧的劲度系数k，拆开发现其内部简易结构如图（a）所示，托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C固定连在一起，齿轮D与齿条C啮合，在齿轮上固定指示示数的指针E，两根完全相同的弹簧将横杆吊在秤的外壳I上。

托盘中不放物品时，指针E恰好指在竖直向上的位置。

指针随齿轮转动一周后刻度盘的示数为P0＝5kg。

科技小组设计了下列操作：

A．在托盘中放上一物品，读出托盘秤的示数P1，并测出此时弹簧的长度l1；

B．用游标卡尺测出齿轮D的直径d；

C．托盘中不放物品，测出此时弹簧的长度l0；

D．根据测量结果、题给条件及胡克定律计算弹簧的劲度系数k；

E．在托盘中增加一相同的物品，读出托盘秤的示数P2，并测出此时弹簧的长度l2；

F．再次在托盘中增加一相同的物品，读出托盘秤的示数P3，并测出此时弹簧的长度l3；

G．数出齿轮的齿数n；

H．数出齿条的齿数N并测出齿条的长度l。

（1）小组同学经过讨论得出一种方案的操作顺序，即a方案：

采用BD步骤。

①用所测得的相关量的符号表示弹簧的劲度系数k，则k＝________。

②某同学在实验中只测得齿轮直径，如图（b）所示，并查资料得知当地的重力加速度g＝9.80m/s2，则弹簧的劲度系数k＝________。

（结果保留三位有效数字）

（2）请你根据科技小组提供的操作，设计b方案：

采用：

________步骤；

用所测得的相关量的符号表示弹簧的劲度系数k，则k＝________。

【参考答案】

1．4504.6

【解析】

（1）[1][2]弹簧处于原长时，弹力为零，故原长为4cm；

弹簧弹力为2N时，弹簧的长度为8cm，伸长量为△x=4cm=0.04m

根据胡克定律F=k△x

有

（2）[3]弹簧的最小分度值为0.2，因此不估读到下一位，由图c得到弹簧的读数为4.6N。

2．形变量超过弹簧的弹性限度66.7200甲

（1）[1]在弹性限度内弹簧的弹力与形变量成正比，超过弹簧的弹性限度，则此规律不成立，所以所给的图像上端成为曲线，是因为形变量超过弹簧的弹性限度。

（2）[2][3]甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为

[4]要制作一个精确程度较高的弹簧测力计，应选用一定的外力作用时形变量大的弹簧，故选弹簧甲。

3．见解析BCC

[1]根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图象如图所示

[2]AB．由图示

图象可知：

弹簧的弹力F与伸长量r的图象是过原点的一条倾斜直线，P与x成正比，故A错误，B正确；

CD．由胡克定律：

F=kx可知，劲度系数为

由图示

图象可知，弹簧的劲度系数为

故C正确，D错误。

故选BC。

[3]弹簧竖直悬挂时，弹簧在自身重力作用下要伸长，即竖直悬挂时弹簧的原长比水平放置在桌面上所测原长要长，两种情况下弹簧的劲度系数相同，两图象平行，由图示图线可知，C正确，ABD错误。

故选C。

[4]由题意可知，弹策的伸长量

由胡克定律与平衡条件得

解得

4．弹簧弹力和弹簧形变量成正比1000.15水平放置可以消除由于弹簧自身重力造成的误差

（1）[1]从乙图中可以看出

为定值，即弹簧弹力和弹簧形变量成正比

（2）[2]从乙图中可知，当外力为零时弹簧的长度为

根据胡克定律可得

图乙中的斜率表示弹簧的劲度系数，故有

[3]从乙图中得出当

时，

，代入可得

（3）[4]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．

5．D螺旋测微器见解析3.1×

1025×

106Pa

（1）[1]在弹性限度内，弹力F与伸长量x成正比，

，由题意可知

则

解得杨氏模量

各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是

，故选D。

（2）[2]根据精确度判断可知b为螺旋测微器。

（3）[3]根据表格数据，描点、连线，可得

图像如图所示

[4]根据斜率的物理意义表示劲度系数k，可知

（4）[5]根据

求得

6．

7.96×

102N/mCAEFD

（1）[1]①弹簧的伸长量与齿条下降的距离相等，而齿条下降的距离与齿轮转过的角度对应的弧长相等，齿轮转动一周对应的弧长即为齿轮周长，即托盘中物品质量为P0＝5kg时弹簧的伸长量：

Δx＝πd

因此只要测出齿轮的直径d即可计算其周长，然后由胡克定律得：

2kΔx＝P0g

解得k＝

[2]②游标卡尺读数为0.980cm，代入：

k＝

得k＝7.96×

102N/m；

（2）[3]直接测出不同示数下弹簧的伸长量也可以进行实验，即按CAEFD进行操作，实验不需要测量齿轮和齿条的齿数，GH是多余的；

[4]求解形变量

Δx1＝l1－l0

Δx2＝l2－l0

Δx3＝l3－l0

则：

k1＝

，k2＝

，k3＝

联立解得：

。

【知识链接】

实验：

探究弹力和弹簧伸长的关系

1．实验目的

知道弹力与弹簧伸长的定量关系，学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据．

2．实验原理

弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；

弹簧的伸长量越大，弹力也就越大，超过弹性限度后F＝kx不再成立．

3．实验器材

弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸．

4.实验步骤

（1）将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度L0，即原长．

（2）如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并计算钩码的重力，填写在记录表格里．

7

F/N

L/cm

x/cm

（3）根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标．

（4）按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线）使曲线过尽可能多的点，不在曲线上的点要注意使曲线两侧的点数大致相同．

（5）以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数．

5.注意事项

（1）安装实验装置：

要保持刻度尺竖直并靠近弹簧．

（2）不要超过弹性限度：

实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度．

（3）尽量多测几组数据：

要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．

（4）观察所描点的走向：

不要画折线．

（5）统一单位：

记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．