备战2025届新高考物理一轮总复习练习第2章相互作用第6讲实验探究弹簧弹力与形变量的关系

这是一份备战2025届新高考物理一轮总复习练习第2章相互作用第6讲实验探究弹簧弹力与形变量的关系，共5页。试卷主要包含了80 m/s2)，0 cm,10，62等内容，欢迎下载使用。


2.在我们的生活中常常用到弹簧,弹簧的“软硬”程度其实是由弹簧的劲度系数决定的。为了测量实验室两根弹簧的劲度系数,两实验小组分别做了以下实验。(计算结果均保留三位有效数字)
(1)甲组:如图所示,毫米刻度尺的0刻度线与弹簧上端对齐,实验中通过改变弹簧下端所悬挂钩码的数量,改变弹簧弹力。多次实验,记录数据后描点连线得到F-l图像,由此可知该弹簧的劲度系数k= N/m。
(2)乙组:如图所示,将另一根轻质弹簧下端固定于铁架台上,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表,由数据算得弹簧的劲度系数k= N/m。(g取9.80 m/s2)
(3)某共享电动车的减震弹簧的劲度系数为20 000 N/m,相比于实验小组的弹簧,减震弹簧是 (选填“软”或“硬”)弹簧。
3.(2024广东潮州模拟)某实验小组用橡皮筋探究影响其伸长量的有关因素,探究方案如下:
①取4根材料、粗细相同的橡皮筋,其中3根等长,另一根的长度只有前三根长度的一半,将它们按图示方式悬挂(其中第1组是两根并用);
②在每组下端扎线的地方各固定一个红色塑料签,并在支架衬贴的白纸上标出签的原始位置O(即橡皮筋的原长);
③先分别悬挂100 g钩码,然后在橡皮筋“2”下加挂100 g钩码,记下各次标签的位置,测量结果见下表:
回答下列问题:
(1)以上探究过程使用了 的实验方法;
(2)伸长量ΔL在记录数据中出现错误的是 (填具体数据);
(3)根据上述探究过程,橡皮筋的伸长量与相关因素可能的关系为 ;
(4)在一原长为L的橡皮筋两端施加大小为F的拉力时,橡皮筋伸长了ΔL;把它从中央剪断,取其中的一段,给两端施加2F的拉力,此时这段橡皮筋的长度为 (不超过弹性限度)。
4.如图所示,某同学设计了可以测量物体质量的“天平”。首先把两根完全一样的弹簧上端吊挂在盒子上顶面,托板A、杆B、齿条C、水平横杆D串联在一起,杆B通过小孔穿过盒子上顶面,水平横杆D与两弹簧下端点相连。另固定一齿轮,齿轮可绕自己的轴近似无摩擦转动,并与齿条C完全契合,齿轮上固定一轻质指针,指针可随齿轮转动,齿轮上方有一表盘可读出指针转过的角度。经过调校,使得托板A上不放物品时,指针恰好指在竖直向上的位置。
(1)若在托板A上放上物体,读出指针偏转了θ,要求出每根弹簧伸长的增加量,仅需测量 。
A.弹簧劲度系数kB.物体质量m
C.齿轮直径dD.指针长度l
(2)若已知弹簧劲度系数为k,齿轮直径为d,则物体质量m与角度θ的关系式m= (重力加速度为g,所有物理量均为国际单位制单位)。
(3)为了提高“天平”测量的精确度,可换用直径更 (选填“大”或“小”)的齿轮。
5.(2024重庆巴蜀中学模拟)某同学从废旧的弹簧测力计上拆下弹簧,用它来做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验。
(1)在家中贴有瓷砖的墙面,用铅垂线测量,发现瓷砖之间的竖缝是竖直的,将刻度尺平行于竖缝固定在墙面上,将弹簧挂在墙面的挂钩上,并使刻度尺的零刻度与弹簧上端平齐,如图甲所示;
(2)在弹簧下端依次悬挂n个槽码,当槽码静止时,测出弹簧拉力Fn与指针所指的刻度尺示数Ln,在F-L坐标系中描点,如图乙所示:
①初始时弹簧下端未挂槽码,竖直弹簧的自然长度为L0= cm(结果保留2位有效数字);
②实验中,若在测得图乙中P点的数据(27.0 cm,10.78 N)后,取下弹簧下端悬挂的所有槽码,则弹簧静止时 (选填“能”或“不能”)恢复到自然长度L0;
③在弹簧弹力从0增大至17.64 N的过程中,弹簧劲度系数变化情况是 ;
(3)本次实验的部分数据如下:
用逐差法计算弹簧的劲度系数k= N/m(结果保留2位有效数字)。
6.用如图甲所示的装置来探究胡克定律,轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接,在右端水平拉力F的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长,弹簧与水平面不接触,通过刻度尺可以读出弹簧的伸长量x,通过拉力传感器可以读出F,测量多组F、x,作出F-x图像如图乙所示,回答下列问题:
甲
乙
(1)弹簧伸长量达到某个值后图像变弯曲,原因可能是 ;
(2)弹簧的劲度系数为 ;
(3)弹簧的伸长量分别为x2和x1时,拉力传感器的示数之差为 。
参考答案
第6讲 实验:探究弹簧弹力与形变量的关系
1.答案3.775 107
解析 实验所用的游标卡尺精度为0.05mm,游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐,根据游标卡尺的读数规则,图乙所示的游标卡尺读数为3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。托盘中放有质量为m=0.200kg的砝码时,弹簧受到的拉力F=mg=0.200×9.8N=1.96N,弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m,根据胡克定律F=kx,解得此弹簧的劲度系数k=N/m=107N/m。
2.答案 (1)200 (2)50.0 (3)硬
解析 (1)根据胡克定律可知F=k(l-l0),结合图像可知弹簧原长为l0=3.0cm=0.03m,将图像中数据代入上式可得k=200N/m。
(2)根据胡克定律变形可得ΔF=kΔl,代入表中数据k==50.0N/m。
(3)根据弹簧的“软硬”程度定义,通过比较20000N/m>200N/m>50.0N/m,故相比于实验小组的弹簧,减震弹簧是硬弹簧。
3.答案(1)控制变量 (2)2.500 (3)ΔL∝ (4)+ΔL
解析 (1)影响橡皮筋伸长量的因素涉及多个物理量,应使用控制变量法进行实验。
(2)根据表中各数据的记录可知,伸长量的测量结果应该精确到1mm,再估读到毫米的下一位,2.500cm应为2.50cm。
(3)由实验数据可知,橡皮筋“1、2”原长相同、受力相同,横截面积越大伸长量越小,所以伸长量与横截面积成反比关系;橡皮筋“2、3”受力相同、横截面积相同,原长越长伸长量越大,所以伸长量与原长成正比关系;橡皮筋“2”下加挂100g钩码前后,橡皮筋原长相同、横截面积相同,受力越大伸长量越大,所以伸长量与力成正比关系;根据上述探究过程,橡皮筋的伸长量与相关因素可能的关系为ΔL∝。
(4)设比例系数为k,横截面积为S,根据题意有ΔL=k,从中央剪断,橡皮筋的原长变为,此时施加的力为2F,橡皮筋的伸长量为ΔL'=k=ΔL,所以此时橡皮筋的长度为L'=+ΔL。
4.答案 (1)C (2) (3)小
解析 (1)弹簧的伸长量是齿条下落的高度,也就是齿轮旋转时所对应的弧长,故只需要测量出齿轮的直径d即可。
(2)设弹簧的形变量为x,由题可得mg=2kx,由数学关系可知x=θ,联立解得m=。
(3)由弹簧形变量x=θ可知,相同的形变量,齿轮直径越小,齿轮转动的角度越大,精确度越高。
5.答案 (2)①1.3 ②不能 ③先不变,再变小,后变大 (3)82
解析 (2)①初始时弹簧下端未挂槽码,此时弹簧拉力F为0,由图像可知竖直弹簧的自然长度为1.3cm;②由图像分析可知,弹簧在挂8个槽码内弹力与弹簧形变量成正比,之后的点不在同一直线上,说明弹簧被拉伸到超出了弹簧弹性限度范围,取下所有槽码后,弹簧将无法恢复到自然长度;③根据胡克定律有k=,可知图像中的斜率对应弹簧的劲度系数,因此弹簧弹力从0增大至17.64N的过程中,弹簧劲度系数变化情况是先不变,再变小,后变大。
(3)根据胡克定律有k=N/m=82N/m。
6.答案 (1)拉力超过了弹簧的最大弹性限度 (2) (3)
解析 (1)当拉力继续增大时,图像变弯曲,可能是因为拉力超过了弹簧的最大弹性限度。
(2)F-x图像的斜率表示弹簧的劲度系数,则k=。
(3)设弹簧的伸长量为x1时,拉力传感器的示数为F1,由k=,结合k=,可得F1=,则F2-F1=。
砝码质量/g
50
100
150
弹簧长度/cm
8.62
7.63
6.66
橡皮筋编号
1
2
3
2
原长L/cm
10.00
10.00
5.00
10.00
所挂钩码质量/g
100
100
100
200
橡皮筋横截面积
2S
S
S
S
伸长量ΔL/cm
2.51
5.01
2.500
10.02
槽码个数n
1
2
3
4
Fn/N
0.98
1.96
2.94
3.92
Ln/cm
2.5
3.7
4.9
6.1
弹簧伸长量xn=
Ln+2-Ln/cm
2.4
2.4