专题(10)实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系---2021年高考物理复习专题训练含真题及解析

实验专题：探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系答案解析答案解析1.【答案】(1)C(2)等于【解析】(1)因为弹簧是被放在水平桌面上测得的原长，然后把弹簧竖直悬挂起来后，由于重力的作用，弹簧的长度会增大，所以图线应出现x轴上有截距，C正确，A、B、D错误．(2)如果将指针固定在A点的下方P处，在正确测出弹簧原长的情况下，再作出x随F变化的图象，则在图象上x的变化量不变，得出弹簧的劲度系数与实际值相等.2.【解析】(1)F-L图线如图所示：(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－2m＝5 cm.劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20 N/m.(3)记录数据的表格如下表(4)优点：可以避免弹簧自身重力对实验的影响．缺点：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差．3.【解析】(1)在做实验的时候一般步骤为先组装器材，然后进行实验，最后数据处理，故顺序为CBDAEF.(2)①根据描点法，图象如图所示②、③根据图象，该直线为过原点的一条直线，即弹力与伸长量成正比，即F＝kx＝0.43x.式中的常数表示弹簧的劲度系数，即表示使弹簧伸长或者压缩1 cm所需的外力大小为0.43 N.4.【答案】(1)如图所示30F弹＝30Δx(2)B(3)A【解析】(1)如图所示，直线的斜率的倒数表示弹簧的劲度系数，即k＝，代入数据得kA ＝N/m≈30 N/m，所以弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长量Δx的函数关系是F弹＝30Δx.5.【解析】(1)描点作图，如图所示：(2)图象的斜率表示劲度系数，故有：k＝＝N/m＝50 N/m(3)图线与L轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度，其数值大于弹簧原长，因为弹簧自身重力的影响．6.【答案】(1)6.93(2)A(3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度【解析】(1)弹簧伸长后的总长度为14.66 cm，则伸长量Δl＝14.66 cm－7.73 cm＝6.93 cm.(2)逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧．(3)AB段明显偏离直线OA，伸长量Δl不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的．7.【解析】(1)根据题意知，刻度尺的最小刻度为1毫米．读数时，应估读到毫米的十分位，故l5、l6记录有误．(2)按(1)中的读数规则，得l3＝6.85 cm，l7＝14.05 cm.(3)根据题中求差方法，可知d4＝l7－l3＝7.20 cm(4)根据l4－l0＝4Δl＝d1，l5－l1＝4Δl＝d2，l6－l2＝4Δl＝d3，l7－l3＝4Δl＝d4，有Δl＝＝1.75 cm.(5)根据胡克定律F＝kx得mg＝kΔl，k＝＝N/m＝28 N/m8.【答案】(1)450(2)10【解析】(1)当F＝0时，弹簧的长度即为原长，由胡克定律可知图象的斜率表示劲度系数大小．(2)弹簧秤的示数为3 N，则伸长量为3/50＝0.06 m，则长度为10 cm.9.【解析】(1)描点作出图象，如下图所示．(2)图象跟坐标轴交点的物理意义表示弹簧原长．由图象可知，弹簧的劲度系数应等于直线的斜率，即k＝＝200 N/m.10.【答案】(1)竖直(2)稳定L3 1 mm(3)Lx(4)4.910【解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．(2)弹簧静止稳定时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至0.1 mm，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L－Lx(L为弹簧长度)．(4)由胡克定律F＝kΔx知，mg＝k(L－Lx)，即mg＝kx，所以图线斜率即为弹簧的劲度系数k＝＝N/m＝4.9 N/m同理，砝码盘质量m＝＝kg＝0.01 kg＝10 g11.【解析】(1)根据表格中的各组数据在坐标纸上标出相应的点，然后用平滑曲线连接这些点，作出的图象如图所示．(2)根据作出的图线可知，钩码质量在0～500 g范围内图线是直线，表明弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律．在这个范围内的曲线上找到相距较远的两点，利用这两点的坐标值计算弹簧的劲度系数k＝＝N/m＝25.00 N/m.12.【解析】(1)本题考查探究弹簧弹力与形变关系的实验，意在考查考生对实验步骤的识记、实验数据的处理方法、分析归纳能力．根据实验先后顺序可知，实验步骤排列为CBDAEF.(2)②由图象可得k＝＝0.43 N/cm，所以F＝0.43x(N)．13.【答案】(1)10(2)200(3)b【解析】(1)当F＝0时，弹簧长度为原长，由题图得，原长为10 cm.(2)由公式F＝kx得k＝＝＝N/m＝200 N/m(3)当弹簧长度小于原长时，处于压缩状态，故是图线b14.【答案】(1)弹簧测力计刻度尺(2)kFL(3)控制变量法(4)12.5【解析】(1)用弹簧测力计测量力的大小，用刻度尺测量长度．(2)由题目所给数据分析可知：当力一定时，伸长量和长度成正比；当长度一定时，伸长量和力成正比，故有x＝kFL(取一组数据验证，式中的k不为零)．(3)研究伸长量与拉力、长度的关系时，可以先控制其中一个量不变，如长度不变，再研究伸长量和拉力的关系，这种方法称为控制变量法．这是物理实验中的一个重要研究方法．(4)代入表中数据把式中的k求出，得k＝0.000 8 N－1，再代入已知数据，L＝20 cm，x＝0.2 cm，可求得最大拉力F＝12.5 N.15.【答案】CBDAEFG【解析】根据实验的实验操作过程应先安装仪器，再挂钩码然后记录数据，分析数据，最后整理即可，排列先后顺序为CBDAEFG.。

高考物理一轮复习实验:实验二探究弹力和弹簧伸长的关系1.(2019·南开区模拟)利用如图所示的装置探究弹簧的弹力与形变量的关系:(1)对于该实验,下列操作规范的是________。

(填字母代号)A.实验时仅把弹簧竖直悬挂在铁架台上,待其稳定后测量弹簧的原长B.固定刻度尺时,保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧C.实验中任意增加钩码的个数D.实验数据处理时,把所有的描点用折线连起来(2)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L,测量后把6组数据描点在坐标图中,作出的F-L图线如图所示。

由此图线可得出该弹簧的原长L0=__________ cm,劲度系数k=__________ N/m。

【解析】(1)为了防止弹簧自重对实验的影响,实验中仅把弹簧竖直悬挂并稳定时测量弹簧的长度,即为弹簧原长,选项A正确;固定刻度尺时,保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧,选项B正确;实验过程应使弹簧始终在弹性限度内,实验中不能任意增加钩码的个数,以防止超过弹簧的弹性限度,选项C错误;实验数据处理时,应根据实验数据在坐标系内描出对应点,排除异常数据,然后作出图象,图象应是直线而不是折线,选项D错误。

(2)由图示图象可知,F=0 N时,L=0.05 m=5 cm,则弹簧的原长为5 cm,弹簧的劲度系数:k== N/m=20 N/m。

答案:(1)A、B(2)520【加固训练】在探究弹簧弹力大小与伸长量关系的实验中,第一组同学设计了如图甲所示的实验装置。

在弹簧两端各系一轻细的绳套,利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上,另一端的绳套用来悬挂钩码。

先测出不挂钩码时弹簧的长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L,再算出弹簧伸长的长度x,并将数据填在下面的表格中。

测量次序 1 2 3 4 5 6弹簧弹力F/N 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的总长度L/cm 13.00 15.05 17.10 19.00 21.00 23.00 弹簧伸长的长度x/cm 0 2.05 4.10 6.00 8.00 10.00 (1)在如图乙所示的坐标纸上已经描出了其中5次测量的弹簧弹力大小F与弹簧伸长的长度x对应的数据点,请把第4次测量的数据对应点描绘出来,并作出F-x图线。

2021高考物理一轮复习第二章相互作用第3讲探究弹力和弹簧伸长的关系练习1．(2020·高考四川卷)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l 1，如图甲所示，图乙是现在固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l 1＝________cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l 2、l 3、l 4、l 5.已知每个钩码质量是50 g ，挂2个钩码时，弹簧弹力F 2＝________N(当地重力加速度g ＝9.8 m/s 2)．要得到弹簧伸长量x ，还需要测量的是________．作出F －x 曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系．甲 乙解析：由题图乙知l 1＝25.85 cm.挂两个钩码时，弹簧弹力F 2＝0.98 N ．要测弹簧伸长量，还需要测量弹簧的原长．答案：25.85 0.98 弹簧原长2．(2020·深圳高三模拟)某同学利用如图甲装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持________状态．(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F 与弹簧长度x 的关系图象．由此图象可得该弹簧的原长x 0＝________cm ，劲度系数k ＝________N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x ＝________cm.解析：(2)x 0为乙图中F ＝0时的x 值，即x 0＝4 cm.k ＝ΔF Δx ＝6（16－4）×10－2 N/m ＝50 N/m. (3)测力计示数F ＝3.0 N ，由乙图知弹簧长度x ＝10 cm. 答案：(1)竖直 (2)4 50 (3)103．(高考全国卷Ⅱ)某实验小组探究弹簧的劲度系数k 与其长度(圈数)的关系．实验装置如图(a)所示：一平均长弹簧竖直悬挂，7个指针P 0、P 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，能够读出指针的位置，P 0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x 0；挂有质量为0.100 kg 的砝码时，各指针的位置记为x .测量结果及部分运算结果如下表所示(n 为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s 2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 x 0(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 56.043.633.828.81k(m/N) 0.006 1②0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7(1)将表中数据补充完整：①________，②________．(2)以n 为横坐标，1k 为纵坐标，在图(b)给出的坐标纸上画出1k－n 图象．(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n 的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k 与其圈数n 的关系的表达式为k ＝________N/m ；该弹簧的劲度系数k 与其自由长度l 0(单位为m)的关系的表达式为k ＝________N/m.解析：(1)①k ＝mg Δx 2＝0.100×9.80 N （5.26－4.06）×10－2m≈81.7 N/m. ②1k ＝181.7m/N ≈0.012 2 m/N. (2)描点法，画一条直线，让大部分的点都落在直线上，或平均分布在直线两侧．(3)设直线的斜率为a ，则有1k ＝an ，即k ＝1a ·1n ，通过运算斜率即可求得；弹簧共60圈，则有n ＝60l 00.118 8，把其代入k ＝1a ·1n中可求得．答案：(1)①81.7 ②0.012 2 (2)如图所示(3)1.75×103n ⎝⎛⎭⎪⎫1.67×103n ～1.83×103n均正确3.47l 0⎝ ⎛⎭⎪⎫3.31l 0～3.62l 0均正确4．(高考浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm.(2)在弹性限度内，将50 g 的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A 、B 的示数L A 和L B 如下表所示．用表中数据运算弹簧Ⅰ的劲度系数为________ N/m(重力加速度g ＝10 m/s 2)．由表中数据________(填“能”或“不能”)运算出弹簧Ⅱ的劲度系数．钩码数1 2 3 4 L A /cm 15.71 19.71 23.66 27.76 L B /cm29.9635.7641.5147.36解析：(1)16.00 cm ，考虑到误差范畴，15.95～16.05 cm 均算对．(2)由胡克定律F ＝k Δx ，结合表格数据可知弹簧Ⅰ的劲度系数k 1＝50×10－3×10（19.71－15.71）×10－2 N/m ＝12.5N/m ，考虑误差范畴情形下12.2～12.8 N/m 均算正确；关于运算弹簧Ⅱ的劲度系数，只需要测出弹簧Ⅱ的形变量，结合两个指针的读数，可知指针B 的示数变化量减去指针A 的示数变化量，确实是弹簧Ⅱ的形变量，因此能求出弹簧Ⅱ的劲度系数．答案：(1)16.00(有效数字位数正确，15.95～16.05均可) (2)12.5(12.2～12.8均可) 能。

》》》考点1 ⊙重点归纳
用图象法处理实验数据
在 F-x 图象中，
(1)图象的斜率表示弹簧的劲度系数大小．
(2)图象是过原点的一直线，若实验处理数据方法不一样，
导致图象与纵轴、横轴有交点，应具体分析交点所表示的物理
意义．
⊙典例剖析 例 1：(2014 年新课标卷Ⅱ)某实验小组探究弹簧的劲度系 数 k 与其长度(圈数)的关系．实验装置如图 S2-5 所示：一均匀 长弹簧竖直悬挂，7 个指针 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6 分别
实验分析 注意事项
(1)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时 的长度不一样．量取 L0 时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁 自然下垂 ，再________________ 用毫米刻度尺 量得自然状态 夹上，让其____________ 下的原长，否则图象将不过原点． 弹性限度 内，弹簧的________ 弹力 才与弹簧的 (2) 只有在____________ 伸长量 成正比．所以在弹簧下挂钩码时，注意不要使弹簧 __________ 弹性限度 ． 所受拉力超过其____________
数据处理 Ln－L0 计算出弹簧挂 1 个、2 个、3 个… (1)用 xn＝__________ 钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值 g，计算出所 总重力 ，这个__________ 挂钩码的__________ 总重力 就等于弹簧弹力的大小， 将所得数据填入表格． (2)以伸长量 x 为横轴、弹力 F 为纵轴建立坐标系，要注意 标上坐标轴表示的物理量及单位． (3) 在坐标轴上选择合适的标度( 能使数据布满整个坐标 系)，并将以上数据描点表示在图象中，描点时要留下痕迹． (4)将以上描点连线．要让尽可能多的点落在同一直线上， 让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃． (5)这就是弹簧弹力的 F-x 图象，如果图象在误差范围内是 一条___________ 过原点 的直线，那么说明弹簧弹力与弹簧的伸长量成 正比．