高中物理微专题-实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系对点训练

这是一份高中物理微专题-实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系对点训练，共24页。
1．(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是 ；
A.弹簧被拉伸时，所挂钩码越多，误差越小
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.用几根不同的弹簧，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)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的 。
A.
B.
C.
D.
2．在“探究弹力与弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示．所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力．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组数据描点在如图所示坐标系中，请作出F-L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）试根据该同学以上的实验情况，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： ；缺点： .
模拟训练
（2020·密云区第一次测试）
3．某实验小组同学，用铁架台、弹簧和多个质量均为的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系如图（甲）所示。
(1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下：
当挂2个钩码时，指针对应刻度如图（甲）所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度L为横轴的坐标系中，如图（乙）所示。描点画出第2组对应的数据点，并连线得到图像 。请根据图像分析并得出以下结论
①弹簧原长为 cm。
②弹簧的劲度系数 （保留两位有效数字）。
(2)弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数k与原来一样。你认为他的想法正确么 ？并解释一下你的理由 。
（2020·湖北名师联盟月考）
4．某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”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.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
B.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
（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，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是
（2020·广州市一模）
5．某同学用图（a）所示装置“探究弹力和弹簧伸长的关系”。弹簧的上端固定在铁架台支架上，弹簧的下端固定一水平纸片（弹簧和纸片重力均忽略不计），激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h。
(1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧 时，记录所挂钩码的重力和对应的h；
(2)根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图线如图（b）所示，可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离h0= cm，弹簧的劲度系数k= N/m。（结果都保留到小数点后一位）
（2020·百师联盟山东模拟）
6．如图为一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直直尺。静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00N；缓慢竖直向上拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示。
(1)补充完整表格中直尺的读数 ；
(2)在以传感器示数N为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出N-x图像 ，并根据图像求得弹簧的劲度系数为 N/m。(结果保留3位有效数字)
（2021·台州模拟）
7．某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如图实验：
①如图所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一端固定在O点，另一端A系一小段轻绳（带绳结）；将制图板竖直固定在铁架台上。
②将质量为m=100g的钩码挂在绳结上，静止时描下橡皮筋下端点的位置A0；用水平力拉A点，使A点在新的位置静止，描下此时橡皮筋端点的位置A1；逐步增大水平力，重复5次……
③取下制图板，量出A1、A2……各点到O的距离l1、l2……；量出各次橡皮筋与OA0之间的夹角、、……
④在坐标纸上做出的图像如图。
完成下列填空：
（1）已知重力加速度为g，当橡皮筋与OA0间的夹角为时，橡皮筋所受的拉力大小为 （用g、m、表示）。
（2）由图可得橡皮筋的劲度系数k= N/m，橡皮筋的原长l0 m。（结果保留2位有效数字）。（g=9.8m/s2）
（2021·西藏昌都市一模）
8．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在 方向（填“水平”或“竖直”）；
（2）弹簧自然悬挂，待弹簧静止时，长度记为，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为，在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为至，数据如表格所示。
表中有一个数值记录不规范，其代表符号为 ；
（3）如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与 的差值（填“”或“”）；
（4）由图可知，弹簧的劲度系数为 N/m（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8N/kg）。
（2021·四川绵阳一诊）
9．某同学用如图甲所示实验装置“探究弹簧的弹力和伸长量的关系”。直尺和光滑的细杆水平固定在铁架台上，一根弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接。细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂钩码。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，每次测出对应的弹簧总长度L，并将所挂钩码的重力大小作为弹簧的弹力大小F。弹簧伸长均在弹性限度内。
（1）把以上测得的数据描点连线，如图乙所示，则该弹簧的原长L0= cm，劲度系数k= N/m。（结果均保留3位有效数字）
（2）若该同学先把弹簧竖直悬挂，下端不挂钩码测出弹簧原长为L1，再按照图甲所示方法悬挂钩码，测出弹簧伸长后长度L，以L-L1作为弹簧伸长量x，以钩码重力大小作为弹力F大小。由于弹簧自身重力的影响，得到的图线可能是图丙中的 。
（2022·广州一模）
10．某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验。
(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向；
(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线。由图线可知弹簧的原长x0= cm，劲度系数k= N/m，他利用本实验原理把弹簧做成一把弹簧测力计， 当示数如图丙所示时， 弹簧的长度x= cm。
（2022·重庆一模）
11．某同学在用如图甲所示的装置测量某根弹簧的劲度系数，弹簧下端固定在地面上，上端固定一个轻质薄板A，然后再在轻质薄板上面放不同物体，待物体静止时，测量弹簧长度L，记录物体的重力及弹簧长度。
（1）该实验操作需要测量弹簧的初始长度，下列测量方法正确的是 （填正确答案标号）；
A．将弹簧水平放置，测量其初始长度 B．将弹簧竖直放置，测量其初始长度
（2）在操作正确的条件下，根据实测数据，作出了物体重力G与弹簧长度L的关系图像，如图乙所示。则弹簧的初始长度 cm；弹簧的劲度系数 N/m。
对接高考
（2014·全国卷Ⅱ）
12．某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度（圈数）的关系。实验装置如图所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示（n为弹簧的圈数，重力加速度取9.80 m/s2）。已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm。
(1)将表中数据补充完整：① ；② 。
(2)以n为横坐标，为纵坐标，在答题卷给出的坐标纸上画出-n图像 。
(3)题(2)图中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k= N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0（单位为m）的关系的表达式为k= N/m。
（2018·全国卷Ⅱ）
13．某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在木块上放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中f4的值从图（b）中弹簧秤的示数读出。
回答下列问题
(1)f4 = N；
(2)在图（c）的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f—m图线；
(3)f与m、木块质量M、木板和木块之间的滑动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式f = ，f—m图线（直线）的斜率的表达式k = ；
(4)取g = 9.80m/s2，由绘出的f—m图线求得μ = 。（保留2位有效数字）
（2019·海南高考）
14．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），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及图线的斜率表示，表达式为 ；若g取，则本实验中 （结果保留3位有效数字）。

15．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，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）利用计算弹簧的压缩量：，， 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，该弹簧的劲度系数为 N/m。（结果保留3位有效数字）
钩码个数
1
2
3
4
5
弹力
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
指针对应刻度
12.51

15.39
16.11
17.30
传感器示数N(N)
6.00
4.00
3.00
1.00
0
指针示数x(cm)
14.60
15.81
18.19
19.40
代表符号
数值
P1
P2
P3
P4
P5
P6
x0（cm）
2.04
4.06
6.06
8.05
10.03
12.01
x（cm）
2.64
5.26
7.81
10.30
12.93
15.41
n
10
20
30
40
50
60
k（N/m）
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
（m/N）
0.0061
②
0.0179
0.0229
0.0296
0.0347
砝码的质量m/kg
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
滑动摩擦力f/N
2.15
2.36
2.55
f4
2.93
l
1
2
3
4
5
10.48
10.96
11.45
11.95
12.40
n
1
2
3
4
5
6
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
参考答案：
1． B C
【详解】(1)[1]A．在悬挂钩码时，在不超出量程的前提下可以任意增加钩码的个数，故A错误；
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读出读数，故B正确；
C．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，伸长量等于弹簧的长度减去弹簧的原长，故C错误；
D．拉力与伸长量之比是劲度系数，由弹簧决定，同一弹簧的劲度系数是不变的，不同的弹簧的劲度系数不同，故D错误。
故选B；
(2)[2]实验中用横轴表示弹簧的伸长量x，纵轴表示弹簧的拉力F（即所挂重物的重力大小），由F=kx可知，不考虑弹簧重力时图象过原点；如果考虑弹簧自身的重力，不挂钩钩码时伸长量已经不为零，故ABD错误，C正确。
故选C。
2． 5 cm 20N/m 见解析所示 可以避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差
【详解】（1）[1]．用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示：
（2）[2]．弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知
L0=5×10-2m=5cm。
[3]．劲度系数为图象直线部分的斜率
（3）[4]．记录数据的表格如下表：
（4）[5]．优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；
[6]．缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差。
3． （） （） 不正确 两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变
【详解】(1)[1]刻度尺的读数为。
[2]描点并作图：
①[3]弹力为0时，弹簧原长为。
②[4]根据胡克定律可知，图像斜率的物理意义为弹簧的劲度系数
(2)[5]不正确。
[6]两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变。
4． 6.93 A 弹簧受到的拉力超过了其弹性限度
【详解】（1）[1]弹簧伸长后的总长度为14.66 cm，则伸长量为
（2）[2]逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧.
（3）[3]AB段明显偏离直线OA，伸长量Δl不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的.
5． 静止 120.0 31.3
【详解】(1)[1]该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧静止时，此时弹力与重力大小相等，记录所挂钩码的重力和对应的h
(2)[2]由图可知，当时
即为未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离
[3]由胡克定律可得，即图像斜率绝对值的倒数表示弹簧劲度系数则有
6． 12.20 83.3(82.0~83.8都算正确)
【详解】(1)[1]直尺的最小刻度为，根据直尺的读数规则可知，估读到最小刻度的下一位，故读数为；
(2)[2]根据表格数据做出图象，如图所示
[3]由题意可知
则
即
得图象的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，由图象可知
7． 98 0.21
【详解】（1）[1]由三力合成可知
（2）[2][3]由胡克定律可知
由上式可知：图象的斜率为，由图象可知
图象的横轴截距为，由图象可知
8． 竖直 4.9
【详解】（1）[1]实验中弹簧下端悬挂砝码，根据二力平衡可知弹簧的弹力大小，所以，要求弹簧在竖直方向，则刻度尺也应在竖直方向。
（2）[2]毫米刻度尺精确到1mm，所以要估读一位，以厘米为单位时，小数点后保留两位，所以L3是不规范的。
（3）[3]加上砝码，弹力改变量为加上砝码的重力，对应的弹簧伸长量应该是后来的长度减去没加砝码时的长度，没加砝码时有砝码盘，所以横轴是弹簧长度与的差值。
（4）[4]根据胡克定律可得
从图像可以看出
9． 5.00 13.0~13.6 B
【详解】（1）[1]弹簧弹力为零时，弹簧总长度即为弹簧原长，故
[2] 弹簧劲度系数
（2）[3]由于弹簧自身重力的影响，当x等于零时，弹簧有一定的弹力，但弹簧劲度系数不变，则
不变，即F-x图像斜率不变。
故选B。
10． 4 50 10
【详解】(2)[1]由图线可知弹簧的原长为
[2]劲度系数为
[3]根据胡克定律
根据图丙
解得
11． B 20 100
【详解】（1）[1]在弹簧竖直放置时由于自身重力而有形变，由题意可知本实验操作需要测量的是弹簧竖直放置时的初始长度，故水平放置时测量弹簧的初始长度偏大，故A错误，B正确。
故选B。
（2）[2]由题图乙可知当时，，当时，；则
解得
k=100N/m
12． 81.7 0.0122
【详解】试题分析：
(1)[1]根据表中数据①中
[2]根据表中数据②中
(2)[3] 以n为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上描点画出-n图像图线如图
(3)[4]由图线可知直线的斜率为，故直线方程满足
即
（N/m）（在之间均可）
[5]由于60匝弹簧的总长度为11.88cm；则n匝弹簧的原长满足
代入可得
（在之间均可）
13． 2.75 见解析 μ(M + m)g μg 0.40
【详解】(1)[1]从图b读出f4 = 2.75N。
(2)[2]根据数据描点连线有
(3)[3][4]木块受到的摩擦力可表达为
所以图像的斜率表示为。
(4)[5]木块受到木板给的的滑动摩擦力的大小
从图表中可以观察当m每增加0.05kg，摩擦力f增加0.2N，故可见f与砝码的质量成正比，故本题中木块的质量为近似0，图像与纵轴的截距为，图像近似过原点，M近似为0，代入相关参数可得。
14． ； 109N/m
【详解】(1)做出图像如图；
(2)由胡克定律：，即，则，解得；由图形可知，解得
15． 6.04 6.05 3 48.6
【详解】（1）[1]根据压缩量的变化量为
[2]压缩量的平均值为
（2）[3]因三个是相差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）[4]根据钢球的平衡条件有
解得
次数
1
2
3
4
5
6
弹力F/N
弹簧的长度L/×10-2m