第4课时 实验一 探究弹力和弹簧伸长的关系

第4课时 实验一:探究弹力和弹簧伸长的关系

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1.某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系”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列所示图线的哪一个( C )

解析: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.

2.如图(甲)所示,一根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形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像,如图(乙)所示.则下列判断不正确的是( A )

A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比

B.弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比 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)知,Fx是一条过原点的直线,k=知选项A错,选项B、C、D正确.故选A.

N/m=200 N/m,可

3.某同学利用如图(甲)所示装置做“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)他通过实验得到如图(乙)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.

(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数如图(丙)所示时,该弹簧的长度x= cm. 解析:图线在横轴上的截距等于弹簧的原长x0=4 cm,图线斜率等于弹簧的劲度系数k=50 N/m.把该弹簧做成一把弹簧测力计,当弹簧测力计上的示数为3.0 N时,该弹簧的长度x=10 cm. 答案:(1)竖直 (2)4 50 (3)10

4.(2013四川南充模拟)某同学在研究性学习中,利用所学的知识解决了如下问题:一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为h=30.0 cm且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下端位于筒内,用测力计可以同弹簧的下端接触),如图(甲)所示,若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度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l而测出对应的弹力F,作出Fl图像如图(乙)所示,则弹簧的劲度系数为k= N/m,弹簧的原长l0= cm.

解析:根据胡克定律F与l的关系式为:F=k(l+h-l0)=kl+k(h-l0),从图像中得到直线的斜率为2 N/cm,截距为20 N,故弹簧的劲度系数为k=2 N/cm=200 N/m,由k(h-l0)=20 N,可得l0=20 cm. 答案:200 20

5.为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码.实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出.(g=9.8 m/s2) (1)作出ml的关系图线;

(2)弹簧的劲度系数为 N/m.

解析: (1)根据所描的点画直线即可.(2)在直线上取相距较远的两点,横轴之差Δl为弹簧长度的变化量,纵轴之差Δm为砝码质量的变化量,根据k==

=0.245 N/m.

答案:(1)如图所示

(2)0.245

6.为了探索弹力和弹簧伸长的关系,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示图像.

(1)从图像上看,该同学没能完全按照实验要求做,从而使图像上端成为曲线,图像上端成为曲线是因为 . (2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为 N/m和 N/m;若要制作一个精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧 .

(3)从上述数据和图线中分析,请对这个研究课题提出一个有价值的建议.

解析:(1)在弹性范围内弹簧的弹力与形变量成正比,超过弹簧的弹性范围,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)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为: k甲=

=

N/m≈66.7 N/m

k乙== N/m=200 N/m.

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,弹簧的形变量大的,故选甲弹簧.

(3)建议:实验中钩码不能挂太多,应控制在弹簧的弹性限度内. 答案:(1)形变量超过弹簧的弹性限度 (2)66.7 200 甲 (3)见解析

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