《2024届高考物理一轮复习重难点逐个击破13探究弹簧弹力与形变量的关系（原卷版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2024届高考物理一轮复习重难点逐个击破13探究弹簧弹力与形变量的关系（原卷版）（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题13 探究弹簧弹力与形变量的关系1实验原理(1)弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等(2)弹簧的伸长量越大，弹力也就越大2实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸3实验步骤(1)按如图所示安装实验器材，使弹簧的一端挂在铁架台上自然下垂，刻度尺的零刻度与弹簧上端对齐。(2)在弹簧下端悬挂钩码，测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据。(3)以力为纵坐标，以弹簧的伸长量(或弹簧的总长)为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点，并用平滑的曲线(包括直线)连接，使不在曲线上的点均匀分布在图线两侧。(4)以弹簧的
2、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，从而探究弹簧弹力与形变量的关系。4.数据处理(1)列表法将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的(2)图象法以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足Fkx的关系5注意事项(1)安装实验装置时要保持刻度尺竖直并靠近弹簧(2)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度(3)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
3、(5)记录数据时要注意统一单位6误差分析系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差偶然误差：(1)弹簧长度测量不准（固定刻度尺，多测几次）(2)描点、作图不准（坐标轴的标度尽量大一些，描线时让尽可能多的点落在线上或均匀分布于线的两侧）考点一 基本实验1（2022新疆模拟预测）某实验小组采用如图甲所示的装置探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，测得弹簧弹力F随弹簧伸长量x变化的图像如图乙所示。（1）由图乙可得，该弹簧的劲度系数k=_N/m；（2）该实验小组用此实验装置对两根不同的弹簧a和b进行探究，得到弹簧弹力F随弹簧伸长量x变化的图像如图丙所示。以下表述正确的是( )A弹簧
4、a的原长一定比弹簧b的大B弹簧a的劲度系数一定比弹簧b的大C弹簧a的自重一定比弹簧b的大D以上说法均不对2（2022天津模拟预测）某同学用图a所示装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。（1）请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上_；A以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据（l，m）对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来；B记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌上，将弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码；E由
5、m-l图像，进一步找出弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。（2）图b为根据实验测得数据标出的对应点，在图b中作出钩码质量m与弹簧长度l间的关系图线_；（3）由图像可知，弹簧下端不挂钩码时，指针A处所对刻度尺上的刻度l0=_cm；（4）此弹簧的劲度系数k=_N/m。（g取10ms2，结果保留三位有效数字）3（2022江西模拟预测）某同学利用如图甲所示的实验装置完成了“探究弹簧弹力与其伸长量的关系”实验，该同学完成了如下的操作：I.将弹簧竖直悬挂在铁架台的横梁上，记录弹簧的长度x0；II.然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码的个数，并依次记录弹簧的总长度；III.现以砝码的个数为纵轴、弹簧的长度为横
6、轴，描绘出的图像如图乙所示。已知一个钩码的质量为m0 =50 g，重力加速度g取10 m/s2，则：（1）弹簧的原长为x0=_cm；（2）该弹簧的劲度系数为k=_N/m；（3）图像向上弯曲的原因是_。4（2022辽宁模拟预测）一兴趣小组想测量某根弹性绳的劲度系数（弹性绳的弹力与形变量遵守胡克定律）。他们设计了如图甲所示实验：弹性绳上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，弹性绳下端通过细绳连接钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应弹性绳下端P的刻度值x，如下表所示：钩码质量mg20406080100120P点刻度值xcm5.535.926
7、.306.677.027.40（1）请在图乙中，根据表中所给数据，充分利用坐标纸，选择适当的坐标，作出mx图象；_（2）请根据图象数据确定：弹性绳的劲度系数约为_N/m；（重力加速度g取10m/s2，结果保留三位有效数字）（3）若实验中刻度尺的零刻度略高于橡皮筋上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将_。（选填“偏小”、“偏大”或“不受影响”）5（2022湖北武汉模拟预测）某同学用如图所示的装置测量弹簧的劲度系数k。将弹簧竖直悬挂在铁架台上，指针固定在弹簧上P1处，将刻度尺竖直固定在弹簧一侧，在弹簧下端依次悬挂2个到7个砝码，当砝码处于静止状态时，测出弹簧受到的拉力Fn与指针所指的刻度尺示数L
8、n，实验记录如下：砝码个数n234567Fn（N）0.981.471.962.452.943.43Ln（cm）17.6519.8221.9824.1526.3228.45弹簧伸长量xn=Ln+3Lncm6.506.47回答下列问题：（1）由表可知所用刻度尺的分度为_；（2）将表中数据补充完整：=_；（3）根据逐差法计算出弹簧的劲度系数k=_N/cm（结果保留三位有效数字）；（4）如图所示，若将固定在弹簧上P1处的指针改为固定在弹簧上P2处，重做上述实验，则测得的劲度系数k_k（选填“大于”“等于”“小于”）。6弹簧的劲度系数与弹簧的材质、弹簧丝的粗细、单位长度内的匝数及弹簧的原长等因素有关，为
9、了探究弹簧劲度系数与弹簧原长的关系，某同学设计了如下实验：(1)实验器材：刻度尺、原长约30 cm的轻弹簧两根、质量适当且相同的钩码5个、剪刀一把(用来剪断弹簧)，除以上器材外，还需要的器材是_(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空：a将轻弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧的原长L0；b在弹簧的下端挂上钩码，记下钩码的个数n(n分别取1、2、3、4、5)，并待钩码静止时测出_，计算出弹簧的伸长量x；c改变钩码个数，重复实验步骤b；d将另一根与A完全相同的弹簧剪成长度不同的两段B和C，测出B和C的原长之比为21，分别用B和C代替A重复实验步骤a、b、c.(3)根据实验测量的数据，以所挂钩码个
10、数n为横坐标，以弹簧伸长量x为纵坐标，得到上述A、B、C三个弹簧的xn图象如图所示，根据图象可得出的实验结论为_，图线A的上部发生弯曲的原因是_7.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的Fx图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0_ cm，弹簧的劲度系数k_ N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧测力计，当弹簧测力计的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x_ cm.(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的关系图象如图丙所示下列表述正确的是_Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大
11、Ca的劲度系数比b的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比考点二 创新实验实验器材的创新、实验装置的改进或者连带考察其他知识等使得实验新颖独特，但其灵魂不外乎都是胡克定律：F=kx8.(2018全国卷22)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针现要测量图(a)中弹簧的劲度系数当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_cm.
12、当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留3位有效数字)9.(2021广东卷11)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30，弹簧固定在有机玻璃管底端实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示实验过程中弹簧始终处于弹性限度内采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1
13、118.09(1)利用LiLi3Li(i1,2,3)计算弹簧的压缩量：L16.03 cm，L26.08 cm，L3_ cm，压缩量的平均值_ cm；(2)上述是管中增加_个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为_ N/m(结果保留3位有效数字)10.(2022广东东莞六中模拟)在“探究弹力和弹簧形变量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，请作出FL图线(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数k_ N/m.(3)图线上端出现弯曲的原因是_(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：_.缺点在于：_.11（2022江西九江高二期末）某同学利用图（a）的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中，光滑细杆和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与水平细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂砝码（实验中，每个砝码的质量均为m=50.0
