高考物理最新模拟题精选训练（力学实验）专题02 探究弹簧和弹簧伸长量的关系（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

专题02 探究弹簧和弹簧伸长量的关系1.（2017陕西模拟）在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧按如图所示连接起来进行探究。（1）某次测量如图所示，指针示数为 cm。（2）在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针AB的示数LA和LB如表格所示，用表中数据计算弹簧I的劲度系数为 N/m，弹簧II的劲度系数为 N/m(重力加速度g=10m/s2。结果保留三位有效数字)。【参考答案】(1)16.00(2分) (2) 12.5 (2分) 27.8(2分)【命题意图】 本题考查探究弹力与弹簧伸长的关系实验、刻度尺读数及其相关的知识点。【易错警示】表格中数据，是弹簧挂钩码后弹簧长度，不是弹簧伸长量。特别是对于弹簧II，表格中数据是两个弹簧串联后挂钩码的刻度尺读数，不是弹簧II的长度，也不是弹簧II的伸长量。2（6分）(2017成都一模)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧（记为A）劲度系数为k1，原细弹簧(记为B)劲崖系数为k2、套成的新弹簧(记为C)劲度系数为k3。关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想： 甲同学：和电阻并联相似，可能是 乙同学：和电阻串联相似，可能是k3 =k1+k2 丙同学：可能是k3= (1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验（装置见图甲）。 (2)简要实验步骤如下，请完成相应填空。a将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的自然长度L0；b在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数”、每个钩码的质量m和当地的重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；c由F= 计算弹簧的弹力，由x=L1-L0计算弹簧的伸长量，由k=F/x计算弹簧的劲度系数；d改变 ，重复实验步骤b、c，并求出 弹簧A的劲度系数的平均值k1；e仅将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧B、C的劲度系数的平均值k2、k3。比较k1，k2、k3并得出结论。(3)图乙是实验得到的图线，由此可以判断 同学的猜想正确。【参考答案】：（2）nmg 钩码的个数 （3）乙由图乙所示实验得到的图线，根据胡克定律可知原粗弹簧A劲度系数k1=25N/m，原细弹簧为B劲崖系数k2=37.5N/m，、套成的新弹簧C劲度系数为k3=62.5N/m。即k3= k1+k2，由此可以判断乙同学的猜想正确。3(2016·深圳第一次调研)(6分)把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数，如图甲所示。(1)未挂钩码之前，指针B指在刻度尺如图乙所示的位置上，记为_ cm；(2)将质量50 g的钩码逐个挂在弹簧的下端，逐次记录两弹簧各自的伸长量；所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸长量x，可描绘出如图丙所示的图象，由图象可计算出弹簧的劲度系数k_ N/m；(取重力加速度g9.8 m/s2)(3)图丙中，当弹簧的伸长量超过17 cm时其图线为曲线，由此可知，挂上第_个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这对测量弹簧的劲度系数_(选填“有”或“没有”)影响(弹簧的弹性限度足够大)。【参考答案】(1)11.50(2)28(3)5没有5一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验，采用如图甲所示装置，质量不计的弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力。实验中作出小盘中砝码重力与弹簧伸长量x的关系图象如图乙所示。(重力加速度g10 m/s2)(1)由图乙可知该弹簧的劲度系数为_ N/m。(2)由图乙可求得小盘的质量为_ kg，小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比_。(填“偏大”、“偏小”或“相同”)【参考答案】：(1)200(2)0.1相同 6(2016·延安质检)用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应刻度如图乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50 g，重力加速度g9.8 m/s2，则被测弹簧的劲度系数为_ N/m。挂三个钩码时弹簧的形变量为_ cm。【参考答案】：702.107(2016·临汾模拟)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度。(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标图中描点，请作出F ­L图线。(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数k_ N/m。(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较。优点在于：_；缺点在于：_。【名师解析】：(1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L05×102 m5 cm。劲度系数为图象直线部分的斜率，k20 N/m。【参考答案】：(1)见解析图(2)520(3)见解析(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大 8橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即Fkx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明kY，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是()ANBmCN/mDPa(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L20.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm，那么测量工具a应该是_，测量工具b应该是_。(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.0请作出F ­x图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数 k_ N/m。(4)这种橡皮筋的Y值等于_。【参考答案】：(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)图象见解析图 3.1×102(4)5×106 Pa9(2016·山东潍坊高三统考)(6分)为了测量竖直方向的加速度，李明同学利用一根轻弹簧、刻度尺、钩码制作了一个测量加速度的装置。如图所示，轻弹簧上端固定在竖直放置的刻度尺的零刻度线处，下端不挂钩码时指针处在A位置，挂质量为0.1 kg钩码，静止时指针处在B位置，并把B位置标为加速度的0刻度值，g取10 m/s2。(1)弹簧的劲度系数k_N/m。(2)将该装置悬挂在竖直上升的升降机中，发现指针处在刻度尺的C位置，则C位置应标注的加速度值为_m/s2；若指针处在A、B之间某位置，则该升降机处于_(选填“超重”或“失重”)状态。【参考答案】(1)20(2)4失重 10如图甲所示。用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_。(2)实验中需要测量的物理量有：_。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_ N/m。图线不过原点是由于_。(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：A以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_。【参考答案】：(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)200弹簧有自重 (4)CBDAEFG11.某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量的关系时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L04.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一个钩码均记下对应的弹簧长度x，数据记录如表所示。钩码个数12345弹力F/N1.02.03.04.05.0弹簧长度x/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据在图中作出F­x图线。(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k_ N/m。(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是_。【名师解析】(1)如图所示。(2)根据胡克定律Fkx可得k50 N/m。(3)图线与x轴的交点坐标为弹簧竖直悬挂且没挂钩码时的长度，因受自身重力影响，大于其平放在桌面上时测量出的原长度L0。【参考答案】(1)见解析图(2)50(3)弹簧自身重力的影响 12(2017福建霞浦一中期中)（1）某同学做“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验某次测量如图1所示，指针示数为16.00cm（2）他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据作成xm图象如图2：（重力加速度g取9.8m/s2）根据所测得的数据和关系曲线可知，这种规格的弹簧劲度系数为N/m在图象的末端图象变弯曲的原因是： （2）从图象可以看出在04.9N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律根据胡克定律F=kx得：k= N/m=35N/m图象之所以发生弯曲是因为超过了弹簧的弹性限度，不再符合胡克定律；【参考答案】（1）16.00；（2）35；超过了弹簧的弹性限度，不再符合胡克定律