2025高考物理一轮考点突破训练第2章相互作用实验2探究弹簧弹力与形变量的关系考点2创新实验提升

这是一份2025高考物理一轮考点突破训练第2章相互作用实验2探究弹簧弹力与形变量的关系考点2创新实验提升，共4页。试卷主要包含了03 cm，ΔL2＝6，09－12，2×9，00 cm，g＝9，05，07，54等内容，欢迎下载使用。

实验装置和实验器材的改进
(1)将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做实验，消除了弹簧自重的影响。
(2)利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像，分析图像得出结论。
►考向1 实验装置的改进
(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。
(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)，计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝ 6.04 压缩量的平均值eq \x\t(ΔL)＝eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝ 6.05 cm；
(2)上述eq \x\t(ΔL)是管中增加_3__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 48.6 N/m。(结果保留3位有效数字)
[解析] (1)根据压缩量的变化量为ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04 cm
压缩量的平均值为eq \x\t(ΔL)＝eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)
＝eq \f(6.03＋6.08＋6.04,3)cm≈6.05 cm。
(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。
(3)根据钢球的平衡条件有3mgsin θ＝k·eq \x\t(ΔL)
解得k＝eq \f(3mgsin θ,\x\t(ΔL))＝eq \f(3×0.2×9.8×sin 30°,6.05×10－2)N/m≈48.6 N/m。
►考向2 实验仪器和实验方法的创新
[解析] (1)由图乙可知，弹簧的形变量等于齿条C下降的距离，由于齿轮D与齿条C啮合，所以齿条C下降的距离等于齿轮D转过的弧长，根据数学知识可得：s＝θ·eq \f(d,2)
即弹簧变长Δx＝s＝θ·eq \f(d,2)。
(2)对托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C和重物整体研究，根据平衡条件得mg＝2F，
弹簧弹力的胡克定律公式，F＝kΔx，联立解得k＝eq \f(mg,θd)。
(3)根据公式k＝eq \f(mg,θd)所以θ＝eq \f(g,kd)·m，
所以θ－m图像是一条过原点的倾斜直线，图像如题图丙，其斜率k′＝eq \f(g,kd)，
由图像可得k′＝eq \f(Δθ,Δm)＝eq \f(0.76,0.6) rad/kg≈1.27 rad/kg，
将d＝5.00 cm，g＝9.8 m/s2和k′代入，
解得k≈154 N/m。
►考向3 实验方法的迁移应用
(2022·湖南卷)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：
(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05 g；
(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录数据如下表：
(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线； 见解析

(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为 15.35 cm；
(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为 127 g(计算结果保留3位有效数字)。
[解析] (3)根据表格标点连线如图
(4)由图可知刻度尺的最小分度值为1 mm，故读数l＝15.35 cm；
(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则n1mg＝k(x1－x0)，n2mg＝k(x2－x0)，
则橡皮筋的劲度系数为k＝eq \f(n2－n1mg,x2－x1)，
从作的l－n图线读取数据可得k＝eq \f(n2－n1mg,x2－x1)＝eq \f(10,3)mg，x0＝eq \f(n2x1－n1x2,n2－n1)＝9.05 cm，
设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－x0)，
可得m1＝eq \f(10,3)×6.05×(15.35－9.05) g≈127 g。n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
序号
1
2
3
4
5
硬币数量n/枚
5
10
15
20
25
长度l/cm
10.51
12.02
13.54
15.05
16.56