初中物理弹簧测力计及其原理试题

某物理兴趣小组为了自制一台电子秤，进行了下列探究活动：①研究弹簧的特性。他们做了如图1的实验，根据弹簧伸长的长度χ与拉力F的关系图象如图2所示。②设计方案。设计的原理图如图3，利用量程为3V的电压表的示数来指示物体的质量(电压表刻度盘如图4)，弹簧(图3中使用的弹簧)的上端与变阻器的滑片和托盘连接(托盘与弹簧的质量均不计)，0、A间有可收缩的导线，当盘内没有放物体时，电压表示数为零。③分析与计算。已知滑动变阻器总电阻R=12Ω。总长度12cm，电源电压恒为6V，定值电阻R₀=10Ω(不计摩擦，弹簧始终在弹性限度内，g=10N/kg)。问：
⑴由图1、2你能得到什么结论？
⑵当物体的质量为100g时，电压表的示数是多少？
⑶该电子秤能测量的最大质量是多大？
⑷改装好的电子秤刻度与原来的电压表表头的刻度有何不同？

道闸又称栏杆机、挡车器，是现代停车场管理的智能化高科技产品，主要应用于各类停车场、封闭式管理小区出入口等场所。图甲所示的是某停车场安装的道闸结构示意图，合金制作的空心栏杆，通过固定装置安装在箱体，能绕固定轴O转动90°，固定轴到箱底的高度为h，箱体固定在地面上。弹簧通过连接钢丝一端固定在箱体底面，另一端固定在固定装置上的A点，使用时弹簧保持竖直。可以使栏杆在水平位置和竖直位置间转动。弹簧自重G_弹簧=30N，钢丝重忽略不计，固定轴到弹簧的距离是OA=20cm。通过调节连接钢丝的长度，使弹簧的长度为l₁=80cm，这时栏杆在水平位置平衡。在栏杆的重心位置上安装了5N重的警示牌，需要调节连接钢丝长度，改变弹簧的拉力，使栏杆仍然在水平位置平衡。栏杆与固定装置总重为G_栏杆，重心B点到O点距离为1.2m，若弹簧的长度l与拉力F_拉的关系图象如图乙所示。
求（1）栏杆和固定装置总重G_栏杆；
（2）第二次弹簧的长度。

请你应用所学的物理知识解答下列问题。

（1）如图1所示的量筒，其测量范围是　　 $\mathit{mL}$，量筒中液体的体积为　　 $\mathit{mL}$。

（2）在一定范围内，弹簧受到的拉力越大，就被拉得　　，利用这个道理可以制成弹簧测力计。如图2甲所示，圆筒测力计下挂有一重物，其重 $G$为 $2N$，则此测力计的分度值为　　 $N$．如果用力 $F$竖直向下拉动挂钩，如图2乙所示，则拉力 $F$为　　 $N$。

（3）小莹同学测量电流时，连接好电路，闭合开关前，发现电表指针向右偏转至如图3甲所示位置，原因是　　；断开开关，纠正错误后，再闭合开关，发现指针偏至如图3乙所示位置，接下来的操作是：断开开关，　　，继续进行实验。

如图中甲、乙、丙、丁四根弹簧完全相同，甲、乙左端固定在墙上，图中所示的力 $F$均为水平方向，大小相等，丙、丁所受的力均为一条直线上，四根弹簧在力的作用下均处于静止状态，其长度分别是 $L_{甲}$、 $L_{乙}$、 $L_{丙}$、 $L_{丁}$，下列选项正确的是 $($　　 $)$

A． $L_{甲}〈L_{丙}{L}_{乙}〉L_{丁}$B． $L_{甲}=L_{丙}$   $L_{乙}=L_{丁}$

C． $L_{甲}<L_{丙}{L}_{乙}=L_{丁}$D． $L_{甲}=L_{丙}$   $L_{乙}>L_{丁}$

2017年4月22日，天舟一号与天宫二号实现自动交回对接，天宫二号空间实验室，是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室。下列说法正确的是（　　）

A．	天宫二号是靠超声波向地面传递信息的
B．	天宫二号在发射过程中，动能转化为重力势能
C．	自动交回对接成功后，天舟一号相对于天宫二号是静止的
D．	在空间实验室不能使用测力计测量手的握力

某实验小组的同学对 $A$、 $B$两根长度相同粗细不同的橡皮筋测力计，将橡皮筋的一端固定，另一端悬挂钩码（图甲所示），记录橡皮筋受到的拉力大小 $F$和橡皮筋伸长量△ $x$，根据多组测量数据做出的图线如图乙所示。

（1）当在两根橡皮筋上悬挂重力为 $8N$的物体时，橡皮筋 $A$的伸长量为　　 $\mathit{cm}$，橡皮筋 $B$的伸长量为　　 $\mathit{cm}$。

（2）分别用这两根橡皮筋制成的测力计代替弹簧秤，则用橡皮筋　　制成的测力计量程大，用橡皮筋　　制成的测力计测量的精确程度高（均选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

（3）将本实验中相同的两根橡皮筋并联起来代替弹簧秤，能够测量力的最大值为　　 $N$。

下列说法中，错误的是 $($　　 $)$

A．利用弹簧可以制做测力计，是因为在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长             

B．手中的石头释放后，会下落得越来越快，说明力可以改变物体的运动状态

C．小型汽车的驾驶员和前排乘客必须使用安全带，目的是减小人的惯性

D．在平静的水面上，一只船上的人用力推另一只船，两只船将同时从静止开始向相反方向运动，说明力的作用是相互的

某同学准备用弹簧测力计、烧杯、水、吸盘、滑轮、细线来测量木块（不吸水）的密度。

（1）在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越　      　。

（2）如图甲所示，木块所受的重力为　     　 $N$。

（3）如图乙所示，将滑轮的轴固定在吸盘的挂钧上，挤出吸盘内部的空气，吸盘在　 　的作用下被紧紧压在烧杯底部。如图丙所示，在烧杯中倒入适量的水，用细线将木块栓住，通过弹簧测力计将木块全部拉入水中，此时弹簧测力计示数为 $0.4N$，如果不计摩擦和细线重，木块受到的浮力为　    　 $N$，木块的密度为　　   $\mathit{kg}/m^3$． $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（4）如果将图丙烧杯中的水换成另一种液体，重复上述实验，此时弹簧测力计示数为 $0.2N$，则该液体的密度为　     　 $\mathit{kg}/m^3$。

阅读短文，回答问题

胡克定律

弹力的大小和形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力就随着消失。对于拉伸（或压缩）形变来说，伸长（或缩短）的长度越大，产生的弹力就越大。把一个物体挂在弹簧上，物体越重，把弹簧拉得越长，弹簧的拉力也越大。物体发生弯曲时产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说，弯曲得越厉害，产生的弹力就越大。例如，把弓拉得越满，箭就射得越远；把物体放在支持物上，物体越重，支持物弯曲得越厉害，支持力就越大。

在金属丝的下面挂一个横杆，用力扭这个横杆，金属丝就发生形变，这种形变叫扭转形变。放开手，发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来。金属丝扭转角度越大，弹力就越大。

定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂，我们经常遇到的是弹簧的拉伸（或压缩）形变。实验表明：弹簧弹力的大小 $F$和弹簧伸长（或缩短）的长度 $x$成正比。写成公式就是 $F=\mathit{kx}$，其中 $k$是比例常数，叫做弹簧的劲度系数，在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大。对于直杆和线的拉伸（或压缩）形变，也有上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。

胡克定律有它的适用范围。物体形变过大，超出一定的限度，上述比例关系不再用，这时即使撤去外力，物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。

（1）弹簧测力计的工作原理遵从　      　定律。当用弹簧测力计测物体重力时弹簧的形变主要　      　是（选填“拉伸形变”、“弯曲形变”或“扭转形变”）。

（2）使用弹簧测力计时注意不能超过它的量程，是为了避免超过弹簧的　     　。

（3）弹簧的　      　在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力，它与受力大小　       　（选填“有关”或“无关”），它的单位是　      　（选填“ $N/m$”、“ $N/m^2$“或“ $N·m$”）。

如图所示，下列测量工具中用来测量力的大小的是（　　）

A．卷尺B．弹簧测力计

C．秒表D．量筒

倔强系数为 $12N/\mathit{cm}$（弹簧每受到 $12N$的力，长度就要变化 $1\mathit{cm})$的一根弹簧自然悬挂时的长度为 $6\mathit{cm}$，在它下面再悬挂一个 $48N$的重物，由如图所示位置静止放手，在下落过程中，当弹簧的长度在　　（填某一范围）时，物体的重力势能和动能同时转化为弹性势能。物体在经历了一段时间的往复运动后最终停止下来，则物体减小的重力势能最终转化为弹性势能和　　能。（上述过程没超出该弹簧的弹性限度）

下列关于运动和力的说法中，正确的是（　　）

A．扣排球时使球的运动方向发生改变，表明力可以改变物体的运动状态

B．骑自行车上坡时用力蹬几下，是为了增大惯性

C．静止在桌面上的茶杯，受到的重力与桌面对茶杯的支持力是一对相互作用力

D．在月球上不能用弹簧测力计测力的大小

橡皮筋的上端固定，下端挂2N的物体时，橡皮筋伸长了3cm，要使橡皮筋伸长4.5cm，应在它的下端挂几N的物体（    ）

A．3N

B．6N

C．9N

D．13．5N

健康的生活既要注意平衡膳食，还要积极参加体育锻炼。如图所示为可调式握力器，可用于锻炼手部肌肉。锻炼时只要抓住左手柄，用力抓紧使其碰触右手柄上的计数按钮，即算完成一个握力动作。

（1）握力器的力度可以通过使用调节器移动弹簧下端的位置来改变。现在需要将力度调小，则应该将弹簧下端向 　　（选填"左"或"右" $)$ 移。

（2）小嘉用平均大小为500牛的力抓握力器的手柄，使手柄在力的方向上移动6厘米完成一个握力动作，则做功多少焦？

（3）小嘉饮用一罐净含量为330毫升的可乐后，获得的能量为540千焦。若获得能量的 $10\%$ 用于握力做功，则消耗这些能量需要完成多少个题（2）中的握力动作？

为探究“影响弹簧受力形变的因素”，兴趣小组作出下列猜想：

猜想一：弹簧形变的大小可能与弹簧的长度有关。

猜想二：弹簧形变的大小可能与受力的大小有关。

猜想三：弹簧形变的大小可能与弹簧的材料有关。

他们选择了甲、乙、丙3根弹簧作为研究对象。已知弹簧甲和丙是同种金属丝，弹簧乙是另一种金属丝，甲和乙原长均为6厘米，丙原长为9厘米，其他条件均相同，将弹簧的一端固定，另一端用弹簧测力计，以不同大小的力拉，如表是实验数据记录。

弹簧受到的拉力（牛 $)$		0	1	2	3	4	5	6	7
甲	弹簧的长度（厘米）	6.0	6.6	7.2	7.8	8.4	9.0	9.6	10.6
乙		6.0	7.0	8.0	9.0	10.0	11.0	12.0	13.0
丙		9.0	9.9	10.8	11.7	12.6	13.5	14.4	15.9

（1）分析表中数据可知：在拉力相同的情况下，甲弹簧伸长的长度　　（选填“大于”或“小于” $)$乙弹簧伸长的长度。

（2）要证实猜想一，需比较　　两组弹簧的数据。

（3）在弹性限度内，同一弹簧　　与它所受的拉力成正比。