2020年高考物理 必考17個(gè)實(shí)驗(yàn)精講精練 專(zhuān)題03 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系（含解析）

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1、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 基礎(chǔ)知識(shí) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繌椓εc彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)器材：彈簧，刻度尺，支架等 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 按圖安裝裝置 2. 記下不掛鉤碼時(shí)彈簧下端的位置(彈簧原長(zhǎng)度L0) 3. 在彈簧下端掛一個(gè)砝碼時(shí)，兩個(gè)砝碼時(shí)，……，分別記下彈簧下端的位置(彈簧長(zhǎng)度L1、L2、……，) 4. 計(jì)算各次彈簧的伸長(zhǎng)量x.把彈簧下端每一次改變砝碼后的力和位移的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)； 5. 畫(huà)出圖象，分析彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系；并求彈簧的勁度系數(shù)。 例題與習(xí)題 1. 如圖（a），一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤(pán)：一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤(pán)上方固

2、定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡(jiǎn)化為圖中的指針?，F(xiàn)要測(cè)量圖（a）中彈簧的勁度系數(shù)，當(dāng)托盤(pán)內(nèi)沒(méi)有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤(pán)內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖（b）所示，其讀數(shù)為_(kāi)______cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m（保留3位有效數(shù)字）。 【答案】3.775 53.7 【解析】游標(biāo)卡尺的讀數(shù)：主尺讀3.7cm，游標(biāo)尺的第15個(gè)格與主尺某格對(duì)齊，所以讀數(shù)為，所以彈簧伸長(zhǎng)為3.775cm。彈簧的勁度系數(shù)為 2. 某物理

3、小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能． 圖a ⑴ 實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟： ①把紙帶向左拉直 ②松手釋放物塊 ③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 ④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是 （填入代表步驟的序號(hào)）． ⑵ 圖（b）中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz．由M紙帶所給

4、的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為 ．比較兩紙帶可知， （填“M”或“L”）紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大． 圖b 【答案】⑴④①③② ⑵1.29 M 【解析】⑴略 ⑵脫離彈簧后物體應(yīng)該勻速直線運(yùn)動(dòng)，則 由能量守恒可知，物體的末動(dòng)能越大，則彈簧被壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能越大， 則 3.用如圖所示的裝置測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的B、C位置各安裝一個(gè)光電門(mén)，計(jì)時(shí)器（圖中未畫(huà)出）與兩個(gè)光電門(mén)相連。先用米尺測(cè)得B、C兩點(diǎn)間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A

5、，靜止釋放，計(jì)時(shí)器顯示遮光片從B到C所用的時(shí)間t，用米尺測(cè)量A、O之間的距離x。 （1）計(jì)算滑塊離開(kāi)彈簧時(shí)速度大小的表達(dá)式是______。 （2）為求出彈簧的彈性勢(shì)能，還需要測(cè)量______。 A．彈簧原長(zhǎng) B．當(dāng)?shù)刂亓铀俣? C．滑塊（含遮光片）的質(zhì)量 （3）增大A、O之間的距離x，計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將______。 A．增大 B．減小 C．不變 【答案】（1）?。?）C ?。?）B 【解析】（1）滑塊離開(kāi)彈簧后的運(yùn)動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)，故可以用BC段的平均速度表示離開(kāi)彈簧時(shí)的速度； （2）因?yàn)樵趶椈膳c物體相互作用的過(guò)程中彈簧的彈性勢(shì)能等于物體增加的動(dòng)

6、能，故應(yīng)求解物體的動(dòng)能，根據(jù)動(dòng)能表達(dá)式可知，應(yīng)測(cè)量滑塊的質(zhì)量；所以選：C． （3）增大AO間的距離時(shí)，彈性勢(shì)能增大，那么滑塊被彈出后的速度將增大，故通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間將減小，所以選B． 4.某同學(xué)在“探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m。如圖1 所示，用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)。在保持彈簧伸長(zhǎng)1.00cm不變的條件下， （1）彈簧秤a、b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù)是 N（圖2中所示），則彈簧秤b的讀數(shù)可能為 N。 （2）若彈簧秤a、b間夾角大于90°，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b

7、 與彈簧OC的夾角，則彈簧秤a的讀數(shù) 、彈簧秤b的讀數(shù) (填“變大”、“變小”或“不變”)。 【答案】（1）3.00~3.02，3.09~4.1（有效數(shù)字不作要求） （2）變大，變大 【解析】（1）由圖可知，彈簧秤a的讀數(shù)是.因合力,兩分力夾角為900，則另一個(gè)分力為. (2)若彈簧秤a,b間夾角大于900，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角，根據(jù)力的平行四邊形定則可知，彈簧秤a的讀數(shù)變大，彈簧秤b的讀數(shù)變大。 5.某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。 ①圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.7

8、3cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為_(kāi)_____________________cm; ②本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來(lái)改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是_______________;（填選項(xiàng)前的字母） A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重 B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重 ③圖丙是該同學(xué)所描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量與彈力F的關(guān)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_________________________________________

9、____. 【答案】6.93cm；A；超出彈簧的彈性限度 【解析】①由圖可知，圖乙中示數(shù)為：13.75cm，則伸長(zhǎng)量△l=13.75cm-7.73cm=6.02cm； ②鉤碼應(yīng)該逐一增掛，不能隨意增掛； ③在彈簧的彈性限度范圍內(nèi)，胡克定律是成立的，但若超過(guò)彈簧的彈性限度，胡克定律將不再適用；圖中出現(xiàn)偏折的原因是因?yàn)槌^(guò)了彈簧的彈性限度 6.某同學(xué)在”探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度為l1。如圖1所示，圖2是此時(shí)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.。

10、在彈簧下端分別掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)相同鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量是50g，掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力F2= N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，要得到彈簧伸長(zhǎng)量x，還需要測(cè)量的是 。作出曲線，得到彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 【答案】25.85 0.98 彈簧的原長(zhǎng) 7．一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩根不同的輕質(zhì)彈簧和，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖象如圖所示。下列表述正確的是( ) A．的原長(zhǎng)比的長(zhǎng) B．的勁度系數(shù)比的大 C．的勁度系數(shù)比的小 D．測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比

11、【答案】B 【解析】圖象在軸上的截距表示彈簧的原長(zhǎng)，因?yàn)榇宋恢脧椓?，彈簧沒(méi)有伸長(zhǎng)，從圖象看出，的原長(zhǎng)比的短，A錯(cuò)誤。圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，從圖象看出，的勁度系數(shù)比的大，B正確C錯(cuò)誤。測(cè)得的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)成正比，D錯(cuò)誤。 8．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，先測(cè)量出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，分別測(cè)量出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下： (1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度與砝碼質(zhì)量的關(guān)系曲線； (2)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷該彈簧在彈性限度內(nèi)的勁度系數(shù)。 【答案】(1) 注：當(dāng)砝碼質(zhì)量增加到500以上時(shí)，圖線為曲線，即超過(guò)了彈簧的彈性限度。 (2) 25.0 【解析】根據(jù)胡克定律，彈簧在彈性限度內(nèi)，彈力，則彈簧勁度系數(shù)，是圖象的斜率，即圖象的斜率的倒數(shù)。 有 8