高考物理一轮复习过关练习专题14实验：探究弹力和形变量的关系 (含解析)

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(1)某次加挂钩码稳定后，弹簧下端的指针对应着刻度尺的位置如图甲所示(图中箭头所指的位置)，此时弹簧的长度为________ cm.
(2)小明同学根据实验测得的数据，在坐标纸上做出弹力F与弹簧长度l的关系图像，如图乙所示，由图像可知弹簧的劲度系数为______ N/m.
(3)小君同学使用两条不同的轻质弹簧a、b，得到弹力F与弹簧长度l的关系图线如图丙所示，下列说法正确的是________(请填选项前的字母序号).
A．弹簧a的原长比弹簧b的长
B．弹簧a的劲度系数比弹簧b的小
C．弹簧弹力相同时，弹簧a的长度比弹簧b的长
D.弹簧长度相同时，弹簧a的弹力比弹簧b的大
2．[2021·广东卷]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＝________ cm，压缩量的平均值 eq \x\t(ΔL)＝ eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝________ cm；
(2)上述 eq \x\t(ΔL)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9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为________ N/m(结果保留3位有效数字).
3．[2022·河南省联考]某同学用图甲所示的方案探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．
(1)作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线后，发现图线不过原点．你认为造成这种结果的原因是________________________________________．
(2)该同学找到原因后，进行了改进，采用图乙所示的方案，选择较光滑的水平桌面，滑轮涂上润滑油．实验数据记录如下：
请根据表中数据在图丙中完成作图，纵轴表示钩码重力，横轴表示弹簧形变量．(重力加速度取10 m/s2)
(3)由作出的图可知弹簧的劲度系数为________ N/m(结果保留两位有效数字).
专题14 实验：探究弹力和形变量的关系
1．(1)8.20 (2)75 (3)D
解析：(1)刻度尺的分度值为0.1 cm，则其读数为8.20 cm.
(2)根据ΔF＝kΔx可得k＝ eq \f(ΔF,Δx)＝ eq \f(4.5,（9－3）×10－2) N/m＝75 N/m.
(3)当F＝0时，弹簧处于原长，可知弹簧a的原长比弹簧b的短，A错误；F ­l图像的斜率表示弹簧的劲度系数，则弹簧a的劲度系数比弹簧b的大，B错误；由图可知，弹簧弹力相同时，弹簧a的长度比弹簧b的短；弹簧长度相同时，弹簧a的弹力比弹簧b的大，C错误，D正确．
2．(1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
解析：(1)ΔL3＝L6－L3＝18.09 cm－12.05 cm＝6.04 cm，压缩量的平均值 eq \x\t(ΔL)＝ eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝6.05 cm.(2)根据(1)问可知， eq \x\t(ΔL)为增加3个钢球时产生的平均压缩量．(3)根据胡克定律的推论可知，3mg sin θ＝k eq \x\t(ΔL)，代入数值解得k＝48.6 N/m.
3．(1)弹簧自身重力的作用 (2)图见解析 (3)5.0
解析：(1)由于弹簧自身重力的作用，不挂钩码时，弹簧的伸长量也不为零，因此弹力与伸长量的关系图线不过原点．
(2)将表中的实验数据经过计算后描绘在坐标系中，用平滑的曲线连接．
(3)结合胡克定律可知，图线的斜率表示弹簧的劲度系数，即k＝ eq \f(0.6－0.1,10×10－2) N/m＝5.0 N/m.n
1
2
3
4
5
6
Ln/cm
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09
钩码数量/个(一个钩码的质量为10 g)
0
1
2
3
4
5
6
弹簧长度/cm
25.35
27.35
29.36
31.35
33.35
35.34
37.35
弹簧形变量/cm
2.00
4.01
6.00
8.00
9.99
12.00