高中物理人教版 (新课标)必修25.探究弹性势能的表达式课后练习题

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A．在弹簧下端挂上一个钩码，观察指针所指位置，测出弹簧的伸长量x1
B．将弹簧固定悬挂在金属横杆上，将刻度尺竖直固定在弹簧旁，观察弹簧指针所指位
置，并记下该位置
C．在坐标纸上建立平面直角坐标系，以F为纵坐标、x为横坐标，根据实验数据，选定
两坐标轴适当的标度
D．将各组实验数据在平面坐标上进行描点，观察点的分布与走势，用平滑曲线作出反
映F和x对应规律的图象
E．将铁架台放在水平实验桌上，将金属横杆水平固定在铁架台上
F．给弹簧下端挂上两个钩码、三个钩码……，分别观察指针所指的位置，测出对应的
伸长量x2、x3……
G．根据图象和数据做出结论并整理仪器
实验中合理实验步骤排序为 ( )
A．EBAFCDG B．EBAFDCG
C．EBFCADG D．EAFBCDG
答案：A
2．(2010·福建理综，19(2))某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系．实验时，将原长
约200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，
每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，
每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量．根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩
码时的橡皮筋伸长量Δl与拉力F关系的图象如图2－3－5所示．从图象中可以得出
________．(填选项前的字母)
图2－3－5
A．增挂钩码时Δl与F成正比，而减挂钩码时Δl与F不成正比
B．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大
C．当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等
D．增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度
解析：从图象看出，图线呈非线性关系，说明所挂钩码已使橡皮筋的形变超出弹性限度．
答案：D
3．如图2－3－6a所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限
度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系实验．
图2－3－6
(1)为完成实验，还需要的实验器材有_________________________________________；
(2)实验中需要测量(记录)的物理量有__________________________________________；
(3)图2－3－6b是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲
度系数为________ N/m.图线不过原点的原因是__________________________________．
解析：该实验探究的是弹力F和弹簧伸长量Δx的关系，故还需要测量长度的仪器即刻
度尺．弹簧弹力由二力平衡得到：F＝nmg，需要记录悬挂钩码个数；形变量为Δx＝l′
－l0，故需要测量弹簧原长和弹力(外力)对应的弹簧长度．F－x图线的斜率表示劲度系
数k＝eq \f(ΔF,Δx)＝200 N/m，图线不过原点是由弹簧自身重力引起的．
答案：(1)刻度尺 (2)弹簧的原长、悬挂钩码个数以及与弹力(外力)对应的弹簧长度
(3)200 弹簧自身有重力
4．某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了图2－3－7所示的实验装置．他
先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的
弹簧总长度，将数据填在下面的表中．(弹簧始终在弹性限度内)
图2－3－7 图2－3－8
(1)根据实验数据在图2－3－8的坐标纸上已描出了前四次测量的弹簧所受弹力大小F跟
弹簧总长x之间的函数关系点，请把第5、6次测量的数据对应的描出来，并作出F－x
图线．
(2)图线跟x坐标轴交点的物理意义是__________________________________________．
(3)该弹簧的劲度系数k＝________.(保留两位有效数字)
答案：(1)图线如下图所示
(2)弹簧的原长 (3)42 N/m
5．(2010·浙江理综，21，Ⅰ)在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两
位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧．为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次
逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m＝0.1 kg，取g＝10 m/s2)，并记录绳下端的坐标X
加i(下标i表示挂在绳下端钩码个数)，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标X减i，
绳下端坐标的平均值Xi＝(X加i＋X减i)/2的数据如下表：
(1)同一橡皮绳的X加i________X减i(大于或小于)；
(2)________同学的数据更符合实验要求(甲或乙)；
(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；
(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？
解析：(1)橡皮绳不严格遵守胡克定律，故去掉第i＋1个钩码时不能恢复到挂第i个钩
码的长度，所以X加i小于X减i.
(2)每增加一个钩码，橡皮绳的改变量应大约相等，所以乙同学的数据更符合实验要求．
(3)根据题意，求出挂上不同钩码时，橡皮绳的改变量，钩码的重力等于橡皮绳的弹力F，
作出弹力F随改变量变化的图线，图线的斜率即为橡皮绳的劲度系数．
(4)尽可能使橡皮绳的伸长量在弹性范围内，同时要有足够大的伸长量，以减小长度测量
的误差．
答案：(1)小于 (2)乙
(3)由所给数据得改变量如下表所示
由上表作图得
由图可得k乙＝57～70(N/m)
或
对于甲同学的数据，因为只有前几个数据可认为在弹性范围内，由图中切线的斜率得
k甲＝25～34(N/m)
(4)尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量的误差．
测量次序
1
2
3
4
5
6
弹簧弹力大小F/N
0
0.49
0.98
1.47
1.96
2.45
弹簧总长x/cm
6
7.16
8.34
9.48
10.85
11.75
挂在橡皮绳下端
的钩码个数
橡皮绳下端的坐标(Xi/mm)
甲
乙
1
216.5
216.5
2
246.7
232.0
3
284.0
246.5
4
335.0
264.2
5
394.5
281.3
6
462.0
301.0
挂在橡皮绳下端
的钩码个数
改变量(Xi－X1)/mm
甲
乙
1
2
30.2
15.5
3
67.5
30.0
4
118.5
47.7
5
178.0
64.8
6
245.5
84.5