2019年高考物理13個搶分實驗 專題2.2 探究彈力和彈簧伸長的關系搶分巧練.doc

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實驗2.2 探究彈力和彈簧伸長的關系 ◎考題實戰(zhàn) 掌握高考脈搏 1. (2014課標卷Ⅱ，23) 圖(a) 某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關系．實驗裝置如圖(a)所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度．設彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0; 掛有質量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x.測量結果及部分計算結果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)． 已知實驗所用彈簧總圈數(shù)為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm. P1 P2 P3 P4 P5 P6 x0(cm) 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01 x(cm) 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41 n 10 20 30 40 50 60 k(N/m) 163 ① 56.0 43.6 33.8 28.8 (m/N) 0.006 1 ② 0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7 (1)將表中數(shù)據(jù)補充完整：①　________，②　________. (2)以n為橫坐標，為縱坐標，在圖(b)給出的坐標紙上畫出-n圖象． 圖(b) (3)圖(b)中畫出的直線可近似認為通過原點．若從實驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關系的表達式為k＝______N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關系的表達式為k＝______N/m. 【答案】　(1)①81.7?、?.012 2 (2)如圖所示 (3)(在～之間均可) (在～之間均可) 2．（2015四川卷）某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，靜止時彈簧長度為l1，如圖1所示，圖2是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大圖，示數(shù)l1＝ cm.。在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個鉤碼質量是50g，掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2＝ N（當?shù)刂亓铀俣萭＝9.8m/s2）。要得到彈簧伸長量x，還需要測量的是 。作出F-x曲線，得到彈力與彈簧伸長量的關系。 【答案】25.85，0.98，彈簧的原長l0。 3. (2015福建卷，19)某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”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7.73 cm；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，關于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是　________；(填選項前的字母) A．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 B．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 (3)圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關系圖線，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　____________________________. 【答案】　(1)6.93　(2)A　(3)鉤碼重力超過彈簧彈性范圍 4.（2018新課標Ⅰ）如圖（a），一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤：一標尺由游標和主尺構成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針。 現(xiàn)要測量圖（a）中彈簧的勁度系數(shù)，當托盤內沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950 cm；當托盤內放有質量為0.100 kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖（b）所示，其讀數(shù)為_______cm。當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m（保留3位有效數(shù)字）。 【解析】實驗所用的游標卡尺精度為0.05mm，游標卡尺上游標第15條刻度線與主尺刻度線對齊，根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則，圖（b）所示的游標卡尺讀數(shù)為3.7cm+150.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。 托盤中放有質量為m=0.100kg的砝碼時，彈簧受到的拉力F=mg=0.1009.8N=0.980N，彈簧伸長x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m，根據(jù)胡克定律，F(xiàn)=kx，解得此彈簧的勁度系數(shù)k=F/x=53.7N/m。 【答案】 3.775 53.7 ◎考法模擬 悟透破題之道 5．(2016山東濰坊高三統(tǒng)考)(6分)為了測量豎直方向的加速度，李明同學利用一根輕彈簧、刻度尺、鉤碼制作了一個測量加速度的裝置。如圖所示，輕彈簧上端固定在豎直放置的刻度尺的零刻度線處，下端不掛鉤碼時指針處在A位置，掛質量為0.1 kg鉤碼，靜止時指針處在B位置，并把B位置標為加速度的0刻度值，g取10 m/s2。 (1)彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。 (2)將該裝置懸掛在豎直上升的升降機中，發(fā)現(xiàn)指針處在刻度尺的C位置，則C位置應標注的加速度值為________m/s2；若指針處在A、B之間某位置，則該升降機處于________(選填“超重”或“失重”)狀態(tài)。 【答案】　(1)20　(2)4　失重 6．(2016河南省八市重點高中高三聯(lián)考)某同學探究彈力與彈簧伸長量的關系。 (1)彈簧自然懸掛，待彈簧靜止時，長度記為L0；彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為LA；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6，數(shù)據(jù)如下表： 代表符號 L0 LA L1 L2 L3 L4 L5 L6 數(shù)值(cm) 25.35 27.35 29.34 31.31 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為________。由表可知所用刻度尺的最小分度為________。 (2)如圖是該同學根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質量，橫軸是彈簧長度與________的差值(填“L0”或“LA”)。 (3)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為________N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質量為________g(結果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8 m/s2)。 【答案】　(1)L3　1 mm　(2)LA　(3)4.9　10 7．(2016深圳第一次調研)(6分)把兩根輕質彈簧串聯(lián)起來測量它們各自的勁度系數(shù)，如圖甲所示。 (1)未掛鉤碼之前，指針B指在刻度尺如圖乙所示的位置上，記為________ cm； (2)將質量50 g的鉤碼逐個掛在彈簧Ⅰ的下端，逐次記錄兩彈簧各自的伸長量；所掛鉤碼的質量m與每根彈簧的伸長量x，可描繪出如圖丙所示的圖象，由圖象可計算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)kⅡ＝________ N/m；(取重力加速度g＝9.8 m/s2) (3)圖丙中，當彈簧Ⅰ的伸長量超過17 cm時其圖線為曲線，由此可知，掛上第________個鉤碼時，拉力已經超過它的彈性限度，這對測量彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)________(選填“有”或“沒有”)影響(彈簧Ⅱ的彈性限度足夠大)。 【答案】　(1)11.50　(2)28　(3)5　沒有 8.(2018安徽省名校聯(lián)考)某同學在研究性學習中，利用所學的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一深度為h＝0.25 m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的左部分位于筒內)，如圖甲所示，如果本實驗的長度測量工具只能測量出筒口右端彈簧的長度l，現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù)，該同學通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變l，作出Fl變化的圖線如圖乙所示． (1)由此圖線可得出的結論是　________； (2)彈簧的勁度系數(shù)為　________N/m，彈簧的原長l0＝　________m； (3)該同學實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于　________；缺點在于　________. 【解析】　設彈簧原長為l0，由題圖可知，彈簧伸長量可表示為Δl＝l＋h－l0，由胡克定律可得F＝kΔl＝k(l＋h－l0)，F(xiàn)l圖線斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，k＝100 N/m；Fl圖線在縱軸截距表示l＝0時F＝10 N，代入F＝k(l＋h－l0)，解得彈簧的原長l0＝0.15 m. 【答案】　 （1）在彈性限度內，彈力與彈簧的伸長量成正比 （2）100　0.15 （3）避免彈簧自身所受重力對實驗的影響　彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差 9.（內蒙古鄂爾多斯市一中2017屆高三上學期第四次月考）某物理興趣小組的同學在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小F和彈簧長度l的關系如圖1所示，則由圖線可知： （1）彈簧的勁度系數(shù)為 N/m． （2）為了用彈簧測定兩木塊A和B間的動摩擦因數(shù)μ，兩位同學分別設計了如圖2所示的甲、乙兩種方案． ①為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示A和B之間的滑動摩擦力的大小，你認為方案 更合理． ②若A和B的重力分別為10.0N和20.0N．當A被拉動時，彈簧測力計a的示數(shù)為6.0N，b的示數(shù)為11.0N，c的示數(shù)為4.0N，則A和B間的動摩擦因數(shù)為 ． 【答案】（1）；（2）①甲； ②0.3 10．如圖甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質量且質量相等的鉤碼探究在彈性限度內彈簧彈力與彈簧伸長量的關系． (1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：　________. (2)實驗中需要測量的物理量有：　________. (3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的Fx圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為　________N/m.圖線不過原點的原因是由于______________________________________． (4)為完成該實驗，設計的實驗步驟如下： A．以彈簧伸長量x為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F(xiàn))對應的點，并用平滑的曲線連接起來； B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0； C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，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、4個…鉤碼，分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應的刻度，并記錄在表格內，然后取下鉤碼； E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關系式．首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)； F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義； G．整理儀器． 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：____________________________. 【答案】　(1)刻度尺　(2)彈簧原長、彈簧所受外力與對應的伸長量(或與對應的長度)　(3)200　彈簧自重 (4) CBDAEFG 11．橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內，伸長量x與彈力F成正比，即F＝kx，k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度l、橫截面積S有關．理論和實踐都表明k＝Y，其中Y是一個由材料決定的常數(shù)，材料力學中稱之為楊氏模量． (1)在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應該是(　　) A．N B．m C.N/m D．Pa (2)有一段橫截面為圓形的橡皮筋，應用如圖所示的實驗裝置，可以測量出它的楊氏模量Y的值． 首先利用測量工具a測得橡皮筋的長度l＝20.00 cm，利用測量工具b測得橡皮筋未受到拉力時的直徑D＝4.000 mm，那么測量工具a和b應分別為　________、　________. (3)用如圖(a)所示的裝置就可以測量出這種橡皮筋的Y值，下表為橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的實驗記錄，請在圖(b)中作出Fx圖象. 拉力F/N 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 伸長量x/cm 1.60 3.20 4.80 6.40 8.00 (4)由以上實驗可求出該橡皮筋的Y值為　________.(保留一位有效數(shù)字) 【答案】　(1)D　(2)毫米刻度尺　螺旋測微器 (3)見解析圖　(4)5106 Pa 12．某物理興趣小組的同學在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小F和彈簧長度L的關系如圖所示，則由圖線可知： (1)彈簧的勁度系數(shù)為　________. (2)為了用彈簧測定兩木塊A、B間的動摩擦因數(shù)μ，兩同學分別設計了如圖所示的甲、乙兩種方案． ①為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示A和B之間的滑動摩擦力的大小，你認為方案　________更合理． ②甲方案中，若A和B的重力分別為10.0 N和20.0 N．當A被拉動時，彈簧測力計a的示數(shù)為6.0 N，b的示數(shù)為11.0 N，則A、B間的動摩擦因數(shù)為　________. 【解析】　(1)由題圖1可知，當彈力為F0＝60 N，彈簧的伸長量x0＝L－L0＝20 cm＝0.2 m，由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)k＝＝ N/m＝300 N/m. (2)①甲、乙兩種方案，在拉著A運動的過程中，拉A的彈簧測力計由于在不斷地運動，示數(shù)可能會變化，讀數(shù)不準，甲方案中的a是不動的，指針穩(wěn)定，便于讀數(shù)，甲方案更合理． ②a的拉力與A對B的滑動摩擦力f平衡，由于a示數(shù)為6.0 N，即f＝F＝6.0 N，A、B間的動摩擦因數(shù)μ＝＝＝0.3. 【答案】　(1)300 N/m　(2)①甲　②0.3