2024版新教材高考物理復(fù)習(xí)特訓(xùn)卷考點(diǎn)12實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

考點(diǎn)12實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1．某同學(xué)欲做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，有鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼．(1)實(shí)驗(yàn)中還需要的測量工具是________；(2)用縱軸表示鉤碼質(zhì)量m，橫軸表示彈簧的形變量x，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出圖線如圖所示，由圖可知彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(重力加速度g取9.8m/s2)；(3)若某同學(xué)先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是下列選項(xiàng)中的________．2．[2023·天津南開二模，節(jié)選]某同學(xué)用圖a所示裝置做“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．(1)請按合理的操作順序?qū)⒉襟E的序號寫在橫線上____________；A．以彈簧長度l為橫坐標(biāo)，以鉤碼質(zhì)量m為縱坐標(biāo)，標(biāo)出各組數(shù)據(jù)(l，m)對應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線或直線連接起來；B．記下彈簧下端不掛鉤碼時，其下端A處指針?biāo)鶎潭瘸呱系目潭萳0；C．將鐵架臺固定于桌上，將彈簧一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個……鉤碼，待鉤碼靜止后，讀出彈簧下端指針指示的刻度記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E．由m-l圖像，進(jìn)一步找出彈簧彈力與彈簧形變量之間的關(guān)系．(2)圖b為根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)標(biāo)出的對應(yīng)點(diǎn)，作出的鉤碼質(zhì)量m與彈簧長度l間的關(guān)系圖線．由圖b可知，彈簧下端不掛鉤碼時，指針A處所對刻度尺上的刻度l0＝________cm；(3)此彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.(g取10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)3．[2021·廣東卷]某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)．緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端．實(shí)驗(yàn)過程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)n和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln，數(shù)據(jù)如表所示．實(shí)驗(yàn)過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)．采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量，進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)．n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1，2，3)計(jì)算彈簧的壓縮量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝6.08cm，ΔL3＝________cm，壓縮量的平均值eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝________cm；(2)上述eq\x\to(ΔL)是管中增加________個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量；(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80m/s2，該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).4．[2023·福建漳州一模]某同學(xué)在用如圖甲所示的裝置測量某根彈簧的勁度系數(shù)，彈簧下端固定在地面上，上端固定一個輕質(zhì)薄板A，然后再在輕質(zhì)薄板上面放不同物體，待物體靜止時，測量彈簧長度L，記錄物體的重力及彈簧長度．(1)該實(shí)驗(yàn)操作需要測量彈簧的初始長度L0，下列測量方法正確的是________(填正確答案標(biāo)號)；A．將彈簧水平放置，測量其初始長度L0B．將彈簧豎直放置，測量其初始長度L0(2)在操作正確的條件下，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，作出了物體重力G與彈簧長度L的關(guān)系圖像，如圖乙所示．則彈簧的初始長度L0＝________cm；彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.5．[2023·河北唐山三模]如圖所示，有兩條長度不同的彈性繩．兩繩上端固定在同一位置，下端系在一個輕質(zhì)勾上．兩繩在同一豎直面內(nèi)，不纏繞.1的長度比2短，1自然伸長時，2處于松弛狀態(tài)．現(xiàn)測量這兩條彈性繩的勁度系數(shù)．進(jìn)行以下操作：①測量出短繩的自然長度為L0；②下端逐個加掛鉤碼．測量短繩1的長度L，并記錄對應(yīng)鉤碼數(shù)量n.兩條彈性繩一直處于彈性限度內(nèi)．③在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系．以L為縱坐標(biāo)，以所掛鉤碼數(shù)為橫坐標(biāo)，描出部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖所示．④根據(jù)圖像求出彈性繩的勁度系數(shù)k1、k2.(1)加掛第________個鉤碼，彈性繩2開始繃緊；(2)彈性繩1、2的勁度系數(shù)分別為k1＝________N/m，k2＝________N/m.(每個鉤碼質(zhì)量為100g，g取10m/s2)6．[2023·北京海淀區(qū)模擬]某實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，操作過程如下：(1)將彈簧水平放置并處于自然狀態(tài)，將標(biāo)尺的零刻度與彈簧一端對齊，彈簧的另一端所指的標(biāo)尺刻度如圖甲所示，則該讀數(shù)為________cm.(2)接著，將彈簧豎直懸掛，由于________的影響，不掛鉤碼時，彈簧也有一定的伸長，其下端所指的標(biāo)尺刻度如圖乙所示；圖丙是在彈簧下端懸掛鉤碼后所指的標(biāo)尺刻度，則彈簧因掛鉤碼引起的伸長量為________cm.(3)逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后彈簧下端所指的標(biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重力．該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時，將鉤碼總重力F作為橫坐標(biāo)，彈簧伸長量Δl作為縱坐標(biāo)，作出了如圖丁所示的a、b兩條Δl-F圖像，其中直線b中的是用掛鉤碼后的長度減去________(選填“甲”或“乙”)所示長度得到的．7．[2022·湖南卷]小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測量冰墩墩玩具的質(zhì)量．主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g；(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度l，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號12345硬幣數(shù)量n/枚510152025長度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(b)上描點(diǎn)，繪制圖線；(4)取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖(c)所示，此時橡皮筋的長度為________cm；(5)由上述數(shù)據(jù)計(jì)算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為________g(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字).考點(diǎn)12實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1．答案：(1)刻度尺(2)4.9(3)C解析：(1)實(shí)驗(yàn)中還需要的測量工具是刻度尺；(2)根據(jù)mg＝kx可得m＝eq\f(k,g)x則由圖像可知eq\f(k,g)＝eq\f(60×10－3,0.12)解得k＝4.9N/m.(3)由于彈簧自重的影響，在未掛鉤碼時彈簧伸長量x不為零，故選C.2．答案：(1)CBDAE(2)15(3)12.5解析：(1)本實(shí)驗(yàn)的操作步驟是：將鐵架臺固定于桌上，將彈簧一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺，記下彈簧下端不掛鉤碼時，其下端A處指針?biāo)鶎潭瘸呱系目潭萳0，依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個……鉤碼，待鉤碼靜止后，讀出彈簧下端指針指示的刻度記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼，以彈簧長度l為橫坐標(biāo)，以鉤碼質(zhì)量m為縱坐標(biāo)，標(biāo)出各組數(shù)據(jù)(l，m)對應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線或直線連接起來，由m-l圖像，進(jìn)一步找出彈簧彈力與彈簧形變量之間的關(guān)系．故步驟順序?yàn)镃BDAE.(2)圖像的橫截距即為彈簧下端不掛鉤碼時，指針A處所對刻度尺上的刻度l0＝15cm.(3)圖像的斜率與重力加速度的乘積表示彈簧的勁度系數(shù)，即k＝eq\f(0.30,（39－15）×10－2)×10N/m＝12.5N/m.3．答案：(1)6.046.05(2)3(3)48.6解析：(1)ΔL3＝L6－L3＝18.09cm－12.05cm＝6.04cm，壓縮量的平均值eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝6.05cm.(2)根據(jù)(1)問可知，eq\x\to(ΔL)為增加3個鋼球時產(chǎn)生的平均壓縮量．(3)根據(jù)胡克定律的推論可知，3mgsinθ＝keq\x\to(ΔL)，代入數(shù)值解得k＝48.6N/m.4．答案：(1)B(2)20.00100解析：(1)在彈簧豎直放置時由于自身重力而有形變，由題意可知本實(shí)驗(yàn)操作需要測量的是彈簧豎直放置時的初始長度，故水平放置時測量彈簧的初始長度偏大，故A錯誤，B正確．(2)由題圖乙可知當(dāng)G＝0時，L＝20.00cm；當(dāng)G＝20N時，L＝0，則F＝k(L0－L)＝G，解得L0＝20.00cm，k＝100N/m.5．答案：(1)3(2)515解析：(1)彈性繩2繃緊前，根據(jù)胡克定律有nmg＝k1(L－L0)，彈性繩2繃緊后，有nmg＝k1(L－L0)＋k2(L－L′0)＝(k1＋k2)L－k1L0－k2L′0，比較以上兩式可知，彈性繩2繃緊前相鄰兩數(shù)據(jù)點(diǎn)連線的斜率應(yīng)比繃緊后大，由圖可知加掛第3個鉤碼，圖線偏離了加掛第1、2個鉤碼所在的直線，所以加掛第3個鉤碼彈性繩2開始繃緊．(2)由圖可知k1＝eq\f(0.1×10,0.8－0.6)N/m＝5N/m，k1＋k2＝eq\f(0.1×10,0.85－0.8)N/m＝20N/m，即k2＝15N/m.6．答案：(1)7.0(2)彈簧自身重力6.9(3)甲解析：(1)該讀數(shù)為7.0cm.(2)由于彈簧自身重力的影響，不掛鉤碼時，彈簧也有一定的伸長，其下端所指的標(biāo)尺刻度為7.4cm；在彈簧下端懸掛鉤碼后所指的標(biāo)尺刻度14.3cm，則彈簧因掛鉤碼引起的伸長量為(14.3－7.4)cm＝6.9cm.(3)由圖像b的位置可知，當(dāng)外力F＝0時，彈簧有伸長量，則可知直線b中的是用掛鉤碼后的長度減去圖甲所示長度得到的．7．答案：(3)如圖所示(4)15.3