2022届新高考物理实验题解析二：探究弹力与弹簧伸长的关系（解析版）.pdf
实验二探究弹力与弹簧伸长的关系-2 0 2 2届高考物理实验题解析1.2021广 东 卷(新 高 考)第11题.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200g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和弹簧上端对应的刻度尺示数，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M =4 3 -4。=1 2 3)计算弹簧的压缩量：AA,=6.03cm,皿=6.08cm,AL3=cm,n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09压缩量的平均值及=的+彳+电=c m；(2)上述及是管中增加 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9.80m/sz,该弹簧的劲度系数为 N/mo(结果保留3位有效数字)【答案】(1).6.04(2).6.05(3).3(4).48.6【解析】(1)1根据压缩量的变化量为AL,=A-4=(18.09 12.05)cm=6.04cm2压缩量的平均值为 AL+AL.+AL,6.03+6.08+6.04 AL=!-=-cm 2 6.05cm3 3(2)3因三个AL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)4根据钢球的平衡条件有3mg sin 8=k AL解得k.=3m2g=si-n6 =3-x-0-.-2-x-9-.-8-x-s-i-n-3-0-N./.m 4.8o.6N/m L 6.05 x IO22.2022山东模拟小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。(1)实验装置如图甲所示，下 列 操 作 规 范 的 是 A.实验前，应该先把弹簧水平放置测量其原长B.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量C.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量D.实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材(2)小明同学在实验后，根据记录的数据进行处理，在弹簧的伸长量Ar与弹力尸图像中描点如图乙所示,请你用线来拟合这些点。(3)根据拟合的线，回答以下问题：本实验中弹簧的劲度系数k=N/m；图线中后半部分明显偏离直线，你认为造成这种现象的主要原因是 o2.答案：(1)BD(2)见解析(3)100弹簧形变量超过弹簧的弹性限度【解析】本题考查探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系的实验。(1)为了消除弹簧自重的影响，实验前，应该先把弹簧竖直放置测量其原长，故 A 错误；为了更好的找出弹簧弹力与伸长量之间的关系，应逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重量，故 B 正确，C 错误；实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材，故 D 正确。(2)如图所示(3)图线直线部分的斜率的倒数表示弹簧的劲度系数，则4k=-N/m =100N/m4x10-2图线中后半部分明显偏离直线，即弹簧弹力与伸长量不成正比，造成这种现象的主要原因是弹簧形变量超过弹簧的弹性限度。3.2022湖北模拟3.某同学在研究性学习中，利用所学的知识设计了如下的实验：一轻弹簧一端固定于某一开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的另一端也位于筒内)，如图甲所示，如果本实验所用刻度尺的零刻度线恰好与弹簧左端对齐，在弹簧右端安装一个指针指向刻度尺，该同学通过改变细线上所挂钩码(未画出)的个数来改变弹簧的长度I ,现将测量数据记录在图乙表中，现要求在图丙中作出尸-/图线，并利用测量数据及描绘出的图线，对弹簧的有关特性进行研窕，重力加速度g=10m/s2。(1)根据题目要求在图丙中作出F-/图线；(2)该实验设计排除了 对实验的影响，由尸-/图象可得出的结论是(3)弹簧的劲度系数为 N/m,原长为 cm。3.【答案】(D尸-/图线如图所示HNZ/cm（2）弹簧自身重力;在弹性限度内弹力与弹簧的伸长量成正比（3）1 0 0;1 5【解析】（1）根据实验数据在坐标系中描点连线如图所示；（2）把弹簧竖直悬挂进行实验时，由于弹簧自身的重力往往使弹簧长度的测量存在误差，本实验把弹簧水平放置进行实验，排除了弹簧自身重力对实验的影响，根据图象结合数学知识可知，图线与横轴的交点的横坐标表示弹簧的原长，由图线可建立F与/的函数关系尸=耳/-/。），图线的斜率为k =詈，说明在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比；（3）根 据 胡 克 定 律 有F=,说 明 弹 簧 的 劲 度 系 数 大 小 等 于 图 线 的 斜 率，故k=二 W_?N/m =1 0 0 N/m,弹簧原长/=1 5 cm。/（5 5 -2 5）x 1 0-4.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（记为用劲度系数为k、,原细弹簧（记为而劲度系数为左、套成的新弹簧（记 为。劲度系数为愿关于4、左、左的大小关系，同学们做出了如下猜想：甲同学：和电阻并联相似，可能是A3 Al A2乙同学：和电阻串联相似，可能是左=为+左丙同学：可 能 是 比 在（1）为了验证猜想，同学们设计了相应的实验（装置如图1）.口图 1（2）简要实验步骤如下，请完成相应填空.a.将弹簧4悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧4的自然长度加b.在弹簧力的下端挂上钩码，记下钩码的个数仄每个钩码的质量。和当地的重力加速度大小g,并用刻度尺测量弹簧的长度入；C.由 尸=计 算 弹 簧 的 弹 力，由 L/a-Z o 计算弹簧的伸长量，由后 十算弹簧的劲度系数；d.改变,重复实验步骤b、c,并求出弹簧4的劲度系数的平均值A；e.仅将弹簧分别换为氏C,重复上述操作步骤，求出弹簧员C 的劲度系数的平均值左、k3.比较为、左、左并得出结论.（3）图 2是实验得到的图线，由此可以判断 同学的猜想正确.图 2【答案】n m g钩 码 的 个 数（3）乙【解析】（2）根据共点力平衡可知：F=n m g改变钩码的个数，重复实验p 2.5 1.5 5（3）由图可知；=历=八 N/m=2 5 N/m,ki=kB=r.N/m=3 7.5 N/m,ki=kc=c.n Q N/m=6 2.5x 0.1 0.0 4 0.0 8N/m,故满足左=4+左，故乙同学猜想正确.5.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力区实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的外力厂与弹簧的形变量x作出的产x图线如图9 所示，由图可知弹簧的劲度系数为 N/m.图线不过原点的原因是由于5.【答案】2 0 0 N/m；（2 分）由于弹簧自身有重力（2分）【解析】由胡克定律可知，尸 一x图线斜率等于弹簧的劲度系数，为 2 0 0 N/m.由于耀度身有重力,弹簧竖直悬挂让其自然下垂，就有一定的伸长量，导致图线不过原点。
