高考物理一轮复习核心考点精讲精练考点09 探究弹簧弹力与形变量的关系（2份，原卷版+解析版）

这是一份高考物理一轮复习核心考点精讲精练考点09 探究弹簧弹力与形变量的关系（2份，原卷版+解析版），共6页。试卷主要包含了 高考真题考点分布， 命题规律及备考策略，实验原理，数据处理，误差分析，80cm时，75，53等内容，欢迎下载使用。
1. 高考真题考点分布
2. 命题规律及备考策略
【命题规律】各地高考对探究弹簧弹力与形变量的关系这个实验的考查频度不是太高，形式上主要以课本原型实验的原理为基础，对实验方案经过加工创新。
【备考策略】
1.掌握实验的原理，通过采集的数据利用图像，探究弹簧弹力与形变量的关系，并会做出必要的误差分析。
2.能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。
【命题预测】重点关注利用原型实验的原理进行改进的实验。
1.实验目的：探究弹簧弹力与形变量的定量关系。
2.实验器材

弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。
3.实验原理：
用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。
4.数据处理：
（1）以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。
（2）以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数等。
（3）得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。
5．注意事项：
(1)不要超过弹性限度：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。
(2)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。
(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。
(4)统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。
6.误差分析：
（1）钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。
（2）悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。
（3）水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。
考点一 教材原型实验
考向1 实验原理与操作
1．某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图甲所示的实验装置。
（1）在实验中，以下说法正确的是 。（填正确答案标号）
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
（2）如图乙所示，是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图，由图可知，弹簧的劲度系数是 。
（3）该同学用此弹簧制作成一把弹簧秤，丙图所示为某次测力时的弹簧秤示意图，指针位置表示力的大小为 N。
2．某同学用如图甲所示装置做“弹簧的弹力与伸长量之间的关系”实验。

（1）在实验装置中，轻质弹簧悬挂，刻度尺保持竖直，为了便于直接读出弹簧的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧的 （选填“上端”或“下端”）对齐；不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图乙所示，则弹簧的原长 。
（2）悬挂钩码并改变钩码的个数，算出每次悬挂钩码的重力作为弹簧的弹力，根据每次弹簧的长度结合原长算出每次弹簧的伸长量，根据记录的多组及，在图像上描点如图丙所示，请根据描出的点作图 ，根据作出的图求得弹簧劲度系数为 （保留2位有效数字）。
（3）换一个弹簧重新实验，在图丙的坐标系中描点作图，图像过坐标点，弹簧的劲度系数越小，缓冲效果越好，则弹簧比弹簧的缓冲效果 （选填“好”或“差”）。
考向2 数据处理与误差分析
3．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量相等且已知的钩码做“探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验，重力加速度g取。
(1)实验中还需要的测量工具是 。
(2)根据实验数据绘图，如图乙所示，纵轴是钩码的质量m，横轴是弹簧的形变量 x。由图乙可知，弹簧的劲度系数 N/m；图线不通过坐标原点的原因是
(3)实验中用两根不同的弹簧a和b得到的弹簧弹力F与弹簧长度L的关系图像，如图丙所示，下列说法正确的是___________。
A．a的原长比b的长
B．a的劲度系数比b的小
C．a的劲度系数比b的大
D．弹力与弹簧长度成正比
4．在“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验中，实验装置如图甲所示。
（1）实验测得弹簧弹力 F以及弹簧伸长量x的数据点如图乙所示，请在坐标纸上作出关系图线 。
（2）根据所作图线，求得弹簧的劲度系数k= N/m。（结果保留2 位有效数字）
（3）若实验过程中，刻度尺倾斜测量，如图丙所示，则测量的劲度系数k （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
考点二 创新实验方案
实验装置的改进
弹簧水平放置,消除弹簧自身重力对实验的影响。
实验器材的创新
实验思路的创新
改变弹簧的固定方式,研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系。
4.实验过程的创新
考向1 实验装置的改进
5．在“探究弹力与弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图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组数据描点在如坐标图中，请作出图线 ；
(2)由此图线可得出的结论是 ，该弹簧的原长为 ，劲度系数k＝ ；
(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格 ；(不必填写其实验测得的具体数据)
(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： 。
考向2 实验器材的创新
6．某同学探究图甲中台秤的工作原理。他将台秤拆解后发现内部简易结构如图乙所示，托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C固定连在一起，齿轮D半径为R可无摩擦转动，与齿条C完全啮合，在齿轮上固定指示示数的轻质指针E，两根完全相同的弹簧将横杆H吊在秤的外壳Ⅰ上。他想根据指针偏转角度测量弹簧的劲度系数，经过调校，托盘中不放物品时，指针E恰好指在竖直向上的位置。若放上质量为m的物体时指针偏转了θ弧度（）齿条的位移为，重力加速度为g。
(1)指针偏转了θ弧度的过程，弹簧变长了 （用题干中所给的参量表示）。
(2)每根弹簧的劲度系数表达式为k= （用题干所给的参量表示）。
(3)该同学进一步改进实验，引入了角度传感器测量指针偏转角度，先后做了六次实验，得到数据并在坐标纸上作出图丙，可得到每根弹簧的劲度系数为 N/m（R=2.50cm，g=9.8m/s2，结果保留3位有效数字）。
考向3 实验思路的创新
7．实验小组利用图甲所示装置探究弹力与弹簧形变量的关系。重物放在水平放置的电子秤上面，轻质弹簧一端与重物相连，另一端与跨过处于同一水平高度的两个光滑定滑轮的细线的端相连，调整滑轮1的位置，使其下方的细线处于竖直状态。初始时，细线各部分均伸直但无张力，滑轮2的右侧竖直固定一刻度尺，调整刻度尺的高度，使其零刻度线恰与细线端点对齐。现缓慢竖直向下拉端点，分别记录端点移动的距离及对应的电子秤的示数，如下表所示。
(1)以电子秤的示数为纵轴，端点移动的距离为横轴建立的坐标系，如图乙所示，请在坐标系中描点画出图像 。
(2)小组查得当地的重力加速度，据画出的图像可以求得弹簧的劲度系数 （结果取整数），重物的质量 （结果保留一位小数）。
(3)若拉动端点时偏离了竖直方向，则弹簧劲度系数的测量值与其真实值相比将 （填“偏大”“偏小”或“相等”）。
考向4 实验过程的创新
8．某兴趣小组的同学用身边的学习用品探究原长为的橡皮筋的劲度系数k，进行了下面的操作：将橡皮筋上端固定在竖直面内的白纸上的O点，下端打结，在结点P处挂上质量为的重物，记下静止后结点的位置。在结点P系上一根细线，并通过水平细线将重物在纸面内缓慢拉起，如图所示，又记录了结点P的四次不同位置，量出O点到、……的距离，……，量出各次橡皮筋与竖直方向之间的夹角、……坐标纸上作出的图像如图所示。
请完成下列问题：
（1）用、（橡皮筋与竖直方向之间的夹角）表示橡皮筋所受的拉力大小为 ；
（2）取，由图像可得橡皮筋的劲度系数 ，橡皮筋的原长 m（结果均保留两位有效数字）。
1．某实验小组利用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。
（1）在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态。图乙是某次实验过程中固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺上位置的放大图，则此时读数为 。
（2）依次在弹簧下端增加钩码，以弹簧弹力为纵坐标，弹簧长度为横坐标，建立坐标系。将部分实验数据在坐标系上描点，如图丙所示，请在图丙中作出图像( )。根据所得图像，可知弹簧原长为 ；弹簧的劲度系数为 。（结果均保留3位有效数字）
2．某同学用如图甲所示装置做“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”实验。
（1）在实验装置中，弹簧a悬挂，刻度尺保持竖直，为了便于直接读出弹簧a的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧a的 （填“上端”或“下端”）对齐；不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图乙所示，则弹簧a的原长L0= cm。
（2）悬挂钩码并改变钩码的个数，算出每次悬挂钩码的重力作为弹簧a的弹力F，根据弹簧a的长度结合原长算出每次弹簧a的伸长量x，根据记录的多组数据F及x，在直角坐标系中描点作出的F-x图像如图丙所示，根据图像求得弹簧a的劲度系数为k= N/m（保留2位有效数字）
（3）换一个弹簧b重新实验，同样作出F-x图像，发现图像末端出现了弯曲，其原因是： 。
3．小刘同学准备用实验探究胡克定律，他把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，弹簧的右侧固定一刻度尺，如图1所示．在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同拉力作用下的长度，以弹簧弹力为纵轴、弹簧长度为横轴建立直角坐标系。
（1）测得弹力与弹簧长度的关系如图2所示，图中表示 （选择字母代号）。
A．弹簧的形变量 B．弹簧形变量的变化量
C．弹簧处于水平状态下的自然长度 D．弹簧处于竖直状态下的自然长度
（2）实验中，使用两条不同的轻质弹簧和，得到的弹力与弹簧长度的图像如图3所示，由此可知弹簧的劲度系数 （填“大于”，“等于”或“小于”）弹簧的劲度系数。
（3）实验过程中发现某类弹簧自身受到的重力相对其弹力非常小，可视为轻质弹簧，若把该类弹簧在铁架台上竖直悬挂时，弹簧呈现的形态是图4中的哪一幅图 。（选择字母代号“A”或“B”或“C”）
（4）小刘同学在完成实验（2）后，将质量为的钩码分别挂在轻质弹簧上，并测得弹簧的长度分别为，若将弹簧首尾相连串接在一起，则串接后整根弹簧的劲度系数k= 。（已知当地重力加速度为，结果用“”等符号表示）
4．某实验小组用如图甲所示的装置测量某轻弹簧的劲度系数，取重力加速度。测劲度系数的实验步骤如下：
（1）把弹簧竖直悬挂在铁架台的横杆上，将刻度尺竖直固定在弹簧旁，使其零刻度与弹簧上端对齐；
（2）在弹簧下端依次挂上不同质量的钩码，记录每次钩码的总质量m及相应的弹簧长度l；
（3）通过描点作图，得到图像如图乙所示。根据图像可得，弹簧的原长 ，弹簧的劲度系数 。
（4）若考虑弹簧自身重力的影响，实验中得到的弹簧的劲度系数 实际值。（选填“大于”、“等于”或“小于”）
5．某实验小组为测量自动笔里面被压缩弹簧的劲度系数，他们一开始设计如图甲所示的实验：将自动笔活动端竖直置于电子秤上，当竖直向下按下约0.80cm时（未触底且未超过弹簧弹性限度），稳定后电子秤上的读数增加了37.85g（重力加速度大小g取10m/s2）。
(1)此笔里的弹簧劲度系数为 N/m（结果保留3位有效数字），这支笔的重力对实验 （填“有”或“无”）影响；
(2)由于弹簧较短，施加适当外力时长度变化不太明显，于是他们将实验设计成图乙所示：将三根相同的弹簧串起来，竖直挂在图乙所示的装置中。小组成员通过测量，作出三根弹簧的总长度l与相应所挂重物重力即拉力大小F的关系图像如图丙，则一根弹簧的劲度系数为 N/m（结果保留3位有效数字）。
6．如图所示。某同学利用气垫导轨探究弹簧振子中弹簧的劲度系数，用一个已知劲度系数为k0的弹簧1和待测劲度系数为kx的弹簧2及一个滑块做成双弹簧振子，初始，系统静止时，两弹簧均处于原长，现使振子在水平气垫导轨上做简谐运动，利用光电计时器测出其全振动n次的运动时间为t；滑块的质量m（未知），后将质量为的砝码固定在滑块上，再次测量全振动n次的运动时间为t'（弹簧振子周期公式）。
(1)未加砝码时振动周期T= （用n和t表示）；
(2)加砝码后的振动周期T'= （用n和t'表示）；
(3)待测弹簧的劲度系数kx= （用n、t、t'、和k0表示）；
(4)可能引起误差的原因： （至少写出两条）。
7．有一款称为“一抽到底”的纸巾盒改进装置，如图所示，该装置由两块挡板和弹簧组成，弹簧连接两块挡板。该装置放在纸巾盒底部，可将整包纸巾顶起，以保持最上面的纸巾能够在纸巾盒取用口。科技实践小组的同学为了研究该装置中弹簧的特征，做了以下实验：
科技实践小组设计如图所示，测量出数据记录于下表格：
(1)依据测量数据画出图像如图所示，观察图像可发现，其中第 次数据误差较大，应该剔除；
(2)根据图像可得劲度系数 N/m（结果保留两位有效数字，g取10N/kg）；
(3)在使用过程中，盒子里的纸巾越来越少，弹簧的弹性势能 （选填“不变”、“逐渐变大”或“逐渐变小”）。
8．某同学学习了胡克定律后，得知可以用劲度系数来描述弹簧的弹性强弱，同时他又想到了另一个问题：他平常锻炼时用到的弹簧拉力器（如图1所示）是由几根相同的弹簧并联制成的，那么弹簧并联后对劲度系数会有什么影响？另一方面，弹簧串联后对劲度系数又有什么影响呢？于是他找出弹簧拉力器，拆下弹簧，准备先测量一根弹簧的劲度系数，随后他发现家中还有一个激光测距仪，于是他设计了如图2所示的装置。不计弹簧和纸片的重力，激光测距仪可测量纸片到地面的距离。
（1）先在水桶中装入一定质量的水，测量出桶和水的总重力，挂好水桶稳定后，用激光测距仪测量纸片到地面的距离h，然后依次向水桶中加入已知重力的水，记录相应桶和水的总重力，并测量对应的h，得到了图3中的图线a，则弹簧的劲度系数k＝ N/m（结果保留到个位）；
（2）该同学将两根相同的弹簧并联挂在铁架台上，重复（1）过程，得到了图3中的图线b，则两根相同的弹簧并联后的劲度系数与一根弹簧的劲度系数的关系近似为 （结果保留2位有效数字）；
（3）该同学将两根弹簧串联挂在铁架台上，重复（1）过程，得到了如图4所示的图像，当h＝40cm时，对应的力F＝62.4N，则两根弹簧串联后的劲度系数为 N/m（结果保留到个位），图4中，当拉力大于62.4N后图像弯曲的原因是 。
9．（2023年浙江高考真题）如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度、的数据如表。
钩码个数为1时，弹簧A的伸长量= cm，弹簧B的伸长量= cm，两根弹簧弹性势能的增加量 mg(+)（选填“=”、“”）。
题型
考点考查
考题统计
实验题
探究弹簧弹力与形变量的关系
2023年浙江卷
2022年湖南卷
5
10
15
20
25
30
3.5
3.0
2.4
2.0
1.5
1.0
实验次数
1
2
3
4
5
砝码质量m/g
10
20
30
40
50
弹簧长度l/cm
4.51
4.03
3.48
3.27
2.46
弹簧形变量
0.99
1.47
2.02
2.23
3.04
钩码个数
0
1
2
…
xA/cm
7.75
8.53
9.30
…
xB/cm
16.45
18.52
20.60
…