初中物理探究弹簧测力计原理的实验试题

同学们在学完弹簧测力计的相关知识后，自制了一个"橡皮筋测力计"，将橡皮筋不挂重物时下端对应位置标为零刻度线：挂 $1N$ 重物时，下端对应位置标为 $1N$ ；将这段距离等分为20格，每格表示 $0.05N$ 。用此测力计测量物体重力时，发现测量值不准确。为了弄清其中的原因，同学们探究了橡皮筋的伸长与受到外力的关系。他们利用规格为 $0.05N$ 的螺母若干、刻度尺、橡皮筋、白板等进行了实验探究。不挂重物时，使橡皮筋下端与刻度尺的零刻度线对齐；挂不同重物时，橡皮筋下端对应不同的刻度值，作出标记，如图所示。

（1）螺母挂在橡皮筋下静止时，受到橡皮筋的拉力 　　（选填"大于""等于"或"小于" $)$ 它受到的重力。

（2）同学们在橡皮筋下依次挂上个数不等的螺母，实验数据记录如下表。

试验次数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
螺母个数     $n/$ 个	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
螺母总重     $G/N$	0	0.05	0.10	0.15	0.20	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45	0.50	0.55
刻度尺读数     $L/\mathit{mm}$	0	5.0	11.0	20.0	30.0	45.0	60.0	75.0	90.0	110.0	133.0	158.0

①分析实验数据可初步得出：橡皮筋下所挂重物越重，橡皮筋的伸长越 　　。

②进一步分析数据发现：每增加1个螺母时，刻度尺读数的变化量总体上是不同的，但中间有部分读数的变化量是相同的。若静止时橡皮筋下端对应刻度尺的 $70.0\mathit{mm}$ 处，推测橡皮筋下所挂的物体重约为 　　 $N$ （结果保留两位小数）；若挂另一重物，静止时橡皮筋下端对应刻度尺的 $15.0\mathit{mm}$ 处，此时 　　（选填"能"或"不能" $)$ 确定此物体的重。

（3）同学们根据实验数据，用此橡皮筋重新制作一个刻度均匀的测力计，橡皮筋上端和刻度尺的位置保持不变。若使测力计的量程最大，零刻度线应标在刻度尺的 　　 $\mathit{mm}$ 刻度处，此测力计的最大量程为 　　。

（4）同学们更换不同的橡皮筋进行探究，发现其它橡皮筋的特点均与此相似，他们由此总结出，若要用橡皮筋制作测力计，受橡皮筋材料影响，刻度均匀部分可测量范围 　　，整体上测量不准确，所以橡皮筋不适合做测力计。

小明是一位爱刨根问底的孩子，他和他几个同学在物理实验室里，想对弹簧测力计的工作原理一探究竟．
探究一：测力计面板上的刻度为何是均匀的，他们打开测力计的外壳，发现内部结构如图丙，探究结果：弹簧的伸长量x与拉力F成正比关系，若设比例系数为k，则F、k、x间的关系式可写为：________，并在丁图中用图象表示这种关系．
探究二：察看不同的测力计，如图甲与乙同样2N的拉力，甲的伸长量是乙的二倍，研究它们的内部结构发现，绕制甲弹簧的钢丝更细更柔软，结论：比例系数k与________________有关，k值越小则意味着________________________________________．
探究三：他们联想到橡皮筋也近似符合弹簧的规律．那么，若将几根橡皮筋并排使用，更难拉伸，则它们整体的k要比一根橡皮筋的k要________（填“大”“小”或“相等”）．

在物理课外小组活动中，物理老师让小明帮助将一根长弹簧截成不同长度的几段．小明在截取时惊奇地发现，在拉力相同，不同长度的弹簧的伸长量不同，弹簧的伸长与原长有什么关系呢？小明将不同长度的弹簧依次悬挂起来（如图所示），开始了探究．
请你帮助小明完成以下任务．
（1）实验室提供了一个100g的钩码，小明还必须具备一个测量工具，该工具是________．
（2）写出主要的实验步骤和需要测量的物理量．
（3）设计一个记录数据的表格．

小华在课外探究弹簧的长度跟外力的变化关系时，利用如图实验装置记录了相应的实验数据如下表所示：

钩码质量／g	0	50	100	150
指针位置／cm	2	3	4	5
钩码质量／g	200	250	300	400
指针位置／cm	6	7	8	8

（1）这项研究在实际中的应用是________________．
（2）分析实验数据，你可得到结论：________________________________________________．
（3）小华根据数据作了如图所示的三个图象，其中正确的是________．

为了研究受到拉力时弹簧长度的增加量与弹簧自身因素的关系，小华同学选用弹簧A、B、C、D和测力计进行实验．已知弹簧A、C由同种金属丝绕制而成，弹簧B、D由另一种金属丝绕制而成．A、B原来的长度均为L₀，C、D原来的长度均为L₀′，且A、B、C、D的横截面均相同．他将弹簧A、B、C、D的左端固定，并分别用水平向右的力通过测力计拉伸弹簧，它们的长度各自增加了ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃和ΔL₄，如图（a）、（b）、（c）、（d）所示．请仔细观察实验现象，归纳得出初步结论．
（1）分析比较图（a）和（b）或（c）和（d）中的测力计示数、弹簧长度的增加量以及相关条件，可得：________．
（2）分析比较图（a）和（c）或（b）和（d）中的测力计示数、弹簧长度的增加量以及相关条件，可得：________．

现有弹簧、钩码、直尺、指针等器材，小华要自制一个弹簧测力计，他首先测出弹簧的长度L₀＝2.10cm，然后在弹簧的下端挂上不同的钩码，测出弹簧的长度L，算出比原长L₀伸长的量ΔL（ΔL＝L－L₀），测量的数据如下表所示：

拉力F／N	1	2	3	4	5	6	7
长度L／cm	2.50	2.90	3.30	3.70	4.10	4.50	4.90
伸长量ΔL／cm	0.40	0.80	1.20	1.60	2.00	2.40	2.80

（1）从上表中的数据可以看出拉力F和弹簧伸长量ΔL的关系为：________．
（2）小华继续做实验，得到的数据如下表所示：

拉力F／N	8	9	10	11	12
长度L／cm	5.30	5.70	6.10	6.60	7.30
伸长量ΔL／cm	3.20	3.60	4.00	4.50	5.20

从上表所示的数据可以看出，拉力达到________N时，拉力和弹簧伸长量的关系就改变了．因此，弹簧测力计的测量范围只能达到________N．