高考物理复习特训考点二相互作用——力第15练实验：探究弹簧弹力与形变量的关系含解析

第15练　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系

　（时间　20分钟）

1．

(1)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验，某次测量如图所示，指针示数为________cm.

(2)

他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，根据所得数据作出钩码质量m与弹簧的形变量x的关系图像如图所示．(重力加速度g取9.8 m/s2)

根据所测得的数据和关系图线可知，这种规格的弹簧劲度系数为________N/m.在图像的末端图线变弯曲的原因是______________________________．

2．[2022·广东省高三联考]实验室中有5根一模一样的轻质弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号弹簧挂1个钩码，3号弹簧挂2个钩码，依此类推，钩码均相同．计算结果保留3位有效数字．

(1)为了更直观地呈现出弹力大小F与弹簧伸长量Δx的关系，小明以1号弹簧末端指针中点为原点，作出竖直的y轴及水平的x轴，其中y轴代表________，x轴代表________(选填“F”或“Δx”).

(2)为测量弹簧的伸长量，小明取来一把刻度尺，竖直放置在水平地上，刻度尺的100.00 cm刻度线刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为________cm.

(3)小明更换质量已知的钩码重新进行实验，根据测量的数据作出F­Δx图像，如图丙，则这些弹簧的劲度系数为________N/m.

3．[2022·深圳市联考]某研究性学习小组的同学设计了探究轻质弹簧的相关特性的实验．

(1)如图甲所示，将轻质弹簧上端固定于铁架台上，在弹簧下端依次增加钩码的个数，测量出弹簧相应的长度(在弹性限度内)，部分数据已经填入表格中，由这些数据可得出该弹簧的劲度系数k＝________N/m(重力加速度g取10 m/s2)；

(2)如图乙所示，将此轻质弹簧一端固定在水平木板左端的挡板上，另一端紧靠(不粘连)一质量为m、带有挡光片的小滑块，将弹簧压缩到位置P后由静止释放．当光电门到P点的距离为x时(x大于弹簧的压缩量)，测出小滑块上的挡光片通过光电门的时间为Δt，已知挡光片的宽度为d，则小滑块到达光电门的动能Ek＝________．只改变光电门的位置，测出多组数据(每次小滑块都能通过光电门)，并作出Ek­x图像如图丙所示．已知该图线斜率的绝对值为k0，纵轴截距为b，则可知小滑块与木板间的动摩擦因数为________，释放小滑块时弹簧的弹性势能Ep＝________．(均用题给物理量字母表示)

第15练　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系

1．答案：（1）15.50（15.48～15.52均可）　（2）24.5　超出弹簧的弹性限度

解析：（1）由图可读出示数为15.50 cm.

（2）由mg＝kx得m＝，结合图像中直线的斜率得＝ kg/m，解得k＝24.5 N/m.在图像的末端图线变弯曲，m与x不成正比，原因是超出弹簧的弹性限度．

2．答案：（1）Δx　F　（2）4.50　（3）200

解析：（1）由图甲知，O点对应的弹簧处于原长状态，弹簧竖直悬挂，所以y轴代表弹簧的伸长量Δx，分析知x轴代表弹力大小F.

（2）由图乙知，2号弹簧末端指针中点位置对应的刻度为95.50 cm，故弹簧伸长量为Δx＝100.00 cm－95.50 cm＝4.50 cm.

（3）在F­Δx图像中，由胡克定律可知直线的斜率代表弹簧的劲度系数，则k＝＝ N/m＝200 N/m.

3．答案：（1）25　（2）m　　b

解析：（1）由表中数据可得，弹簧的劲度系数为k＝＝＝25 N/m；

（2）小滑块通过光电门的速度v＝，小滑块到达光电门时的动能Ek＝mv2＝m2；从释放小滑块到小滑块通过光电门，根据能量守恒可得Ek＝Ep－μmgx，Ek ­x图像斜率的绝对值为k0，纵轴截距为b，则Ep＝b，k0＝μmg，解得小滑块与木板间的动摩擦因数为μ＝