新高考物理一轮复习跟踪训练第10讲 探究弹簧弹力与形变量的关系(2份打包,原卷版+解析版)
展开1.(2023·湖南·模拟预测)某实验小组用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和弹簧长度L的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置,然后在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度,通过分析数据得出实验结论。
(1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小来代替弹簧弹力的大小,这样做依据的物理规律是______。
(2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系,依据实验数据作出F-L图像,如图乙所示。由图像可知,弹簧自由下垂时的长度L0 = ______cm,弹簧的劲度系数k = ______N/m。(结果均保留2位有效数字)
(3)该小组的同学将该弹簧制成一把弹簧测力计,某次测量时弹簧测力计的指针如图丙所示,弹簧测力计所测力的大小F = ______N。
2.(2023秋·重庆渝中·高三重庆市求精中学校开学考试)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为______cm;
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是______;(填选项前的字母)
A.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,
①图线未过坐标原点,造成这种现象的主要原因是______。
②图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是______。
3.(2023·湖北·校联考模拟预测)某实验小组利用图(a)所示装置探究弹簧的弹力与形变量的关系。实验中使用J2110螺旋弹簧,该弹簧在自然状态下有一定的收缩力。实验时把弹簧的上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自然下垂时下端的示数(L)。在弹簧的下端悬挂不同质量(m)的钩码,记录弹簧在不同弹力下弹簧下端的示数并填入表格中,计算对应的弹簧伸长量x的值。
(1)图(b)是根据上表数据绘制的“ SKIPIF 1 < 0 ”图线,其中 SKIPIF 1 < 0 段为曲线、 SKIPIF 1 < 0 段为直线,则该弹簧在_________段满足胡克定律(选填“ SKIPIF 1 < 0 ”“ SKIPIF 1 < 0 ”或“ SKIPIF 1 < 0 ”);
(2)由图(b)可得直线 SKIPIF 1 < 0 的函数表达式为 SKIPIF 1 < 0 (单位:g),弹簧的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 _________ SKIPIF 1 < 0 ,弹簧在自然状态下的收缩力 SKIPIF 1 < 0 _________N(已知重力加速度大小 SKIPIF 1 < 0 ,结果均保留2位小数);
(3)由于弹簧的质量不能忽略,它对弹簧劲度系数的测量_________(选填“有”或“没有”)影响。
4.(2023秋·重庆·高三重庆市璧山来凤中学校模拟预测)兴趣小组设计了如图(a)所示的装置来“探究弹力和弹簧伸长的关系”,下端固定台面上的轻弹簧上端与重力为 SKIPIF 1 < 0 的物块相连接,用弹簧测力计竖直向上拉物块,定滑轮的作用是定位拉物块的细线,使其保持竖直状态,通过弹簧测力计和刻度尺测定不同拉力 SKIPIF 1 < 0 下轻弹簧的长度 SKIPIF 1 < 0 。
(1)对于细线“靠”在定滑轮上而不是“绕过”定滑轮,下列说法正确的是________;
A.细线“靠”在定滑轮上是为了保持细线和弹簧均处于竖直状态,以减小实验误差
B.细线“靠”在定滑轮上是为了防止物块离开弹簧上端
C.细线不“绕过”定滑轮是为了减小摩擦力
D.细线不“绕过”定滑轮是因为不需要定滑轮
(2)实验记录弹簧测力计示数和轻弹簧长度,得到如图(b)所示关系图像,由图可知,轻弹簧的原长为________ SKIPIF 1 < 0 ,劲度系数为________ SKIPIF 1 < 0 (结果保留两位有效数字)。
5.(2020秋·贵州·高三统考模拟预测)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,轻质弹簧上端固定一个力传感器固定在铁架台上,如图甲所示,当手向左拉伸弹簧时,轻质弹簧弹力 SKIPIF 1 < 0 可以从传感器读出,弹簧的长度可以通过左侧的刻度读出。
(1)图甲是在弹簧下端施加拉力后弹簧两端对应刻度数,已知弹簧上端对应的刻度值为 SKIPIF 1 < 0 ,则此时弹簧长度 SKIPIF 1 < 0 _________ SKIPIF 1 < 0 。
(2)通过实验,测量出多组数据,并描绘出弹簧长度 SKIPIF 1 < 0 与弹力 SKIPIF 1 < 0 的关系图线,如图乙所示,由图像可得该弹簧的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 __________(用图中字母表示)。
(3)图乙中图像 SKIPIF 1 < 0 段发生弯曲,造成这种现象的主要原因是_________。
6.(2023·福建·福州高三模拟预测)某同学《研究弹簧串联等效劲度系数与原弹簧劲度系数的关系》实验中,用如图所示实验装置,两根劲度系数分别为 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的弹簧Ⅰ、Ⅱ串联起来悬挂在铁架台上,在其旁边竖直放置一刻度尺,从刻度尺上可读出指针A、B对应的刻度尺的示数 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 。已知当地重力加速度 SKIPIF 1 < 0 。
(1)将质量为 SKIPIF 1 < 0 的钩码逐个挂在弹簧Ⅱ下端,读出指针A、B对应的刻度尺的示数 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 ,填入表格。
用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 ________ SKIPIF 1 < 0 ,弹簧Ⅱ的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 _______ SKIPIF 1 < 0 。(计算结果均保留3位有效数字)
(2)由表中数据同样可以计算弹簧串联的等效劲度系数k值;根据上述数据,可得弹簧串联的等效劲度系数k与原两个弹簧劲度系数 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 之间的关系。
7.(2023·广东·广州高三模拟预测)在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中,某实验小组采用传感器进行实验探究。实验装置如图甲所示,将力传感器和位移接收器固定在铁架台上,弹簧竖直悬挂,两端分别与力传感器和位移发射器连接。
实验过程中在位移发射器的挂钩上依次挂上钩码,如图乙,待稳定后通过电脑采集力传感器和位移传感器的数据。力传感器记录力F,位移传感器记录发射端到接收端的距离L(两个端口间的位移可以看成竖直方向),采集到的数据如下表。
(1)悬挂钩码数为4时,由悬挂的所有钩码引起的弹簧伸长量为______cm;
(2)为了探究弹簧弹力和伸长量的关系,实验小组成员将悬挂1至6个钩码时的力和位移分别减去未悬挂钩码时的力和位移,通过电脑拟合得到ΔF−ΔL的关系图像;
(3)由图像可得弹簧的劲度系数k=______N/m;(结果保留小数点后一位)
(4)取下所有钩码,用手托住位移发射器,使位移发射器恰对弹簧无拉力,发现此时位移传感器采集到的数据为15.8cm,由此可计算位移发射器所受重力为______N。(结果保留小数点后两位)
8.(2023·甘肃酒泉·模拟预测)某兴趣小组的同学想探究橡皮筋上张力与形变量的关系,设计了如图甲所示的实验装置。
①开始时先将一根橡皮筋的一端固定在横杆上,刻度尺竖直固定在一侧,橡皮筋自由端拴一细线,未挂重物时,绳结对齐刻度尺上的零刻度线;
②在橡皮筋下端悬挂重物,记录绳结位置的刻度;
③去掉重物,仅依次增加橡皮筋的条数(增加橡皮筋的条数后始终保证绳结对齐零刻度线,橡皮筋视为并联),悬挂重物,记录悬挂重物后绳结对应位置的刻度和橡皮筋的条数n;
④根据测得的数据得出橡皮筋伸长量 SKIPIF 1 < 0 ,在图乙中,将数据描绘在 SKIPIF 1 < 0 坐标纸上。
(1)当 SKIPIF 1 < 0 时,悬挂重物后绳结对应的位置如图丙所示,则此次实验中橡皮筋的伸长量为_______cm。
(2)将 SKIPIF 1 < 0 时的数据点在图乙中描出,并作出 SKIPIF 1 < 0 图线_______。
(3)根据所作图像可知,橡皮筋上的张力与形变量的关系为_________。
9.(2021·广东·高考真题)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200g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 SKIPIF 1 < 0 ,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。
(1)利用 SKIPIF 1 < 0 计算弹簧的压缩量: SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 , SKIPIF 1 < 0 ______cm,压缩量的平均值 SKIPIF 1 < 0 ______cm;
(2)上述 SKIPIF 1 < 0 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 SKIPIF 1 < 0 ,该弹簧的劲度系数为______N/m。(结果保留3位有效数字)
10.(2019·海南·高考真题)某同学利用图(a)的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中,光滑的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 SKIPIF 1 < 0 ),弹簧右端连有一竖直指针,其位置可在直尺上读出,实验步骤如下:
①在绳下端挂上一个硅码,调整滑轮,使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触;
②系统静止后,记录砝码的个数及指针的位置;
③逐次增加砝码个数,并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内);
④用n表示砝码的个数,l表示相应的指针位置,将获得的数据记录在表格内。
回答下列问题:
(1)根据下表的实验数据在图(b)中补齐数据点并做出 SKIPIF 1 < 0 图像______;
(2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及 SKIPIF 1 < 0 图线的斜率 SKIPIF 1 < 0 表示,表达式为 SKIPIF 1 < 0 _____;若g取 SKIPIF 1 < 0 ,则本实验中 SKIPIF 1 < 0 ____ SKIPIF 1 < 0 (结果保留3位有效数字)。
SKIPIF 1 < 0
0
10
20
30
40
50
60
70
SKIPIF 1 < 0
10.50
10.50
10.50
10.50
10.75
11.40
12.20
13.25
SKIPIF 1 < 0
0
0
0
0
0.25
0.90
1.70
2.75
SKIPIF 1 < 0
80
90
100
110
120
130
140
150
SKIPIF 1 < 0
14.30
15.35
16.4
17.50
18.65
19.65
20.75
21.85
SKIPIF 1 < 0
3.80
4.85
5.90
7.00
8.15
9.15
10.25
11.35
钩码数
1
2
3
4
SKIPIF 1 < 0
14.70
18.72
22.68
26.64
SKIPIF 1 < 0
26.24
32.30
38.25
44.20
悬挂钩码个数
0
1
2
3
4
5
6
力F/N
0.75
0.95
1.13
1.34
1.53
1.73
1.93
位移L/cm
18.6
19.6
20.6
21.6
22.8
23.8
24.9
n
1
2
3
4
5
6
SKIPIF 1 < 0
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
l
1
2
3
4
5
SKIPIF 1 < 0
10.48
10.96
11.45
11.95
12.40
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