新高考物理一輪復習跟蹤訓練第10講 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系（原卷版）

第10講探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系（模擬精練+真題演練）1．（2023·湖南·模擬預測）某實驗小組用如圖甲所示的裝置來探究彈簧彈力F和彈簧長度L的關(guān)系，把彈簧上端固定在鐵架臺的橫桿上，記錄彈簧自由下垂時下端所到達的刻度位置，然后在彈簧下端懸掛不同質(zhì)量的鉤碼，記錄每一次懸掛鉤碼的質(zhì)量和彈簧下端的刻度位置，實驗中彈簧始終未超過彈簧的彈性限度，通過分析數(shù)據(jù)得出實驗結(jié)論。（1）實驗時認為可以用鉤碼所受重力的大小來代替彈簧彈力的大小，這樣做依據(jù)的物理規(guī)律是______。（2）以彈簧受到的彈力F為縱軸、彈簧長度L為橫軸建立直角坐標系，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出F－L圖像，如圖乙所示。由圖像可知，彈簧自由下垂時的長度L0=______cm，彈簧的勁度系數(shù)k=______N/m。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（3）該小組的同學將該彈簧制成一把彈簧測力計，某次測量時彈簧測力計的指針如圖丙所示，彈簧測力計所測力的大小F=______N。2．（2023秋·重慶渝中·高三重慶市求精中學校開學考試）某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗(1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數(shù)為7.73cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量Δl為______cm；(2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是______；（填選項前的字母）A．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重B．逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重(3)圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，①圖線未過坐標原點，造成這種現(xiàn)象的主要原因是______。②圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是______。3．（2023·湖北·校聯(lián)考模擬預測）某實驗小組利用圖（a）所示裝置探究彈簧的彈力與形變量的關(guān)系。實驗中使用J2110螺旋彈簧，該彈簧在自然狀態(tài)下有一定的收縮力。實驗時把彈簧的上端固定在鐵架臺的橫桿上，記錄彈簧自然下垂時下端的示數(shù)（L）。在彈簧的下端懸掛不同質(zhì)量（m）的鉤碼，記錄彈簧在不同彈力下彈簧下端的示數(shù)并填入表格中，計算對應的彈簧伸長量x的值。SKIPIF1<0010203040506070SKIPIF1<010.5010.5010.5010.5010.7511.4012.2013.25SKIPIF1<000000.250.901.702.75SKIPIF1<08090100110120130140150SKIPIF1<014.3015.3516.417.5018.6519.6520.7521.85SKIPIF1<03.804.855.907.008.159.1510.2511.35（1）圖（b）是根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪制的“SKIPIF1<0”圖線，其中SKIPIF1<0段為曲線、SKIPIF1<0段為直線，則該彈簧在_________段滿足胡克定律（選填“SKIPIF1<0”“SKIPIF1<0”或“SKIPIF1<0”）；（2）由圖（b）可得直線SKIPIF1<0的函數(shù)表達式為SKIPIF1<0（單位：g），彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0_________SKIPIF1<0，彈簧在自然狀態(tài)下的收縮力SKIPIF1<0_________N（已知重力加速度大小SKIPIF1<0，結(jié)果均保留2位小數(shù)）；（3）由于彈簧的質(zhì)量不能忽略，它對彈簧勁度系數(shù)的測量_________（選填“有”或“沒有”）影響。4．（2023秋·重慶·高三重慶市璧山來鳳中學校模擬預測）興趣小組設計了如圖（a）所示的裝置來“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”，下端固定臺面上的輕彈簧上端與重力為SKIPIF1<0的物塊相連接，用彈簧測力計豎直向上拉物塊，定滑輪的作用是定位拉物塊的細線，使其保持豎直狀態(tài)，通過彈簧測力計和刻度尺測定不同拉力SKIPIF1<0下輕彈簧的長度SKIPIF1<0。（1）對于細線“靠”在定滑輪上而不是“繞過”定滑輪，下列說法正確的是________；A．細線“靠”在定滑輪上是為了保持細線和彈簧均處于豎直狀態(tài)，以減小實驗誤差B．細線“靠”在定滑輪上是為了防止物塊離開彈簧上端C．細線不“繞過”定滑輪是為了減小摩擦力D．細線不“繞過”定滑輪是因為不需要定滑輪（2）實驗記錄彈簧測力計示數(shù)和輕彈簧長度，得到如圖（b）所示關(guān)系圖像，由圖可知，輕彈簧的原長為________SKIPIF1<0，勁度系數(shù)為________SKIPIF1<0（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。5．（2020秋·貴州·高三統(tǒng)考模擬預測）某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗，輕質(zhì)彈簧上端固定一個力傳感器固定在鐵架臺上，如圖甲所示，當手向左拉伸彈簧時，輕質(zhì)彈簧彈力SKIPIF1<0可以從傳感器讀出，彈簧的長度可以通過左側(cè)的刻度讀出。(1)圖甲是在彈簧下端施加拉力后彈簧兩端對應刻度數(shù)，已知彈簧上端對應的刻度值為SKIPIF1<0，則此時彈簧長度SKIPIF1<0_________SKIPIF1<0。(2)通過實驗，測量出多組數(shù)據(jù)，并描繪出彈簧長度SKIPIF1<0與彈力SKIPIF1<0的關(guān)系圖線，如圖乙所示，由圖像可得該彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0__________（用圖中字母表示）。(3)圖乙中圖像SKIPIF1<0段發(fā)生彎曲，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_________。6．（2023·福建·福州高三模擬預測）某同學《研究彈簧串聯(lián)等效勁度系數(shù)與原彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系》實驗中，用如圖所示實驗裝置，兩根勁度系數(shù)分別為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的彈簧Ⅰ、Ⅱ串聯(lián)起來懸掛在鐵架臺上，在其旁邊豎直放置一刻度尺，從刻度尺上可讀出指針A、B對應的刻度尺的示數(shù)SKIPIF1<0和SKIPIF1<0。已知當?shù)刂亓铀俣萐KIPIF1<0。（1）將質(zhì)量為SKIPIF1<0的鉤碼逐個掛在彈簧Ⅱ下端，讀出指針A、B對應的刻度尺的示數(shù)SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，填入表格。鉤碼數(shù)1234SKIPIF1<014.7018.7222.6826.64SKIPIF1<026.2432.3038.2544.20用表中數(shù)據(jù)計算彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)SKIPIF1<0________SKIPIF1<0，彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)SKIPIF1<0_______SKIPIF1<0。（計算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（2）由表中數(shù)據(jù)同樣可以計算彈簧串聯(lián)的等效勁度系數(shù)k值；根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可得彈簧串聯(lián)的等效勁度系數(shù)k與原兩個彈簧勁度系數(shù)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0之間的關(guān)系。7．（2023·廣東·廣州高三模擬預測）在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”實驗中，某實驗小組采用傳感器進行實驗探究。實驗裝置如圖甲所示，將力傳感器和位移接收器固定在鐵架臺上，彈簧豎直懸掛，兩端分別與力傳感器和位移發(fā)射器連接。實驗過程中在位移發(fā)射器的掛鉤上依次掛上鉤碼，如圖乙，待穩(wěn)定后通過電腦采集力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù)。力傳感器記錄力F，位移傳感器記錄發(fā)射端到接收端的距離L（兩個端口間的位移可以看成豎直方向），采集到的數(shù)據(jù)如下表。懸掛鉤碼個數(shù)0123456力F/N0.750.951.131.341.531.731.93位移L/cm18.619.620.621.622.823.824.9（1）懸掛鉤碼數(shù)為4時，由懸掛的所有鉤碼引起的彈簧伸長量為______cm；（2）為了探究彈簧彈力和伸長量的關(guān)系，實驗小組成員將懸掛1至6個鉤碼時的力和位移分別減去未懸掛鉤碼時的力和位移，通過電腦擬合得到ΔF?ΔL的關(guān)系圖像；（3）由圖像可得彈簧的勁度系數(shù)k=______N/m；（結(jié)果保留小數(shù)點后一位）（4）取下所有鉤碼，用手托住位移發(fā)射器，使位移發(fā)射器恰對彈簧無拉力，發(fā)現(xiàn)此時位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)為15.8cm，由此可計算位移發(fā)射器所受重力為______N。（結(jié)果保留小數(shù)點后兩位）8．（2023·甘肅酒泉·模擬預測）某興趣小組的同學想探究橡皮筋上張力與形變量的關(guān)系，設計了如圖甲所示的實驗裝置。①開始時先將一根橡皮筋的一端固定在橫桿上，刻度尺豎直固定在一側(cè)，橡皮筋自由端拴一細線，未掛重物時，繩結(jié)對齊刻度尺上的零刻度線；②在橡皮筋下端懸掛重物，記錄繩結(jié)位置的刻度；③去掉重物，僅依次增加橡皮筋的條數(shù)（增加橡皮筋的條數(shù)后始終保證繩結(jié)對齊零刻度線，橡皮筋視為并聯(lián)），懸掛重物，記錄懸掛重物后繩結(jié)對應位置的刻度和橡皮筋的條數(shù)n；④根據(jù)測得的數(shù)據(jù)得出橡皮筋伸長量SKIPIF1<0，在圖乙中，將數(shù)據(jù)描繪在SKIPIF1<0坐標紙上。（1）當SKIPIF1<0時，懸掛重物后繩結(jié)對應的位置如圖丙所示，則此次實驗中橡皮筋的伸長量為_______cm。（2）將SKIPIF1<0時的數(shù)據(jù)點在圖乙中描出，并作出SKIPIF1<0圖線_______。（3）根據(jù)所作圖像可知，橡皮筋上的張力與形變量的關(guān)系為_________。9．（2021·廣東·高考真題）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玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下：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，每滑進一個鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)n和彈簧上端對應的刻度尺示數(shù)SKIPIF1<0，數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量，進而計算其勁度系數(shù)。n123456SKIPIF1<08.0410.0312.0514.0716.1118.09（1）利用SKIPIF1<0計算彈簧的壓縮量：SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0______cm，壓縮量的平均值SKIPIF1<0______cm；（2）上述SKIPIF1<0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SKIPIF1<0，該彈簧的勁度系數(shù)為______N/m。（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）10．（2019·海南·高考真題）某同學利用圖（a）的裝置測量輕彈簧的勁度系數(shù)。圖中，光滑的細桿和直尺水平固定在鐵架臺上，一輕彈簧穿在細桿上，其左端固定，右端與細繩連接；細繩跨過光滑定滑輪，其下端可以懸掛砝碼（實驗中，每個砝碼的質(zhì)量均為SKIPIF1<0），彈簧右端連有一豎直指針，其位置可在直尺上讀出，實驗步驟如下：①在繩下端掛上一個硅碼，調(diào)整滑輪，使彈簧與滑輪間的細線水平且彈簧與細桿沒有接觸；②系統(tǒng)靜止后，記錄砝碼的個數(shù)及指針的位置；③逐次增加砝碼個數(shù)，并重復步驟②（保持彈簧在彈性限度內(nèi)）；④用n表示砝碼的個數(shù)，l表示相應的指針位置，將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)在圖（b）中補齊數(shù)據(jù)點并做出SKIPIF1<