2.3 实验探究弹簧的弹力与伸长量的关系-【十年高考】备战2022年高考物理真题分类解析与应试策略（Word版）

第3节　实验:探究弹簧的弹力与伸长量的关系 考点 实验:探究弹簧的弹力与伸长量的关系　 1.(2021·广东,11,7分,难度★★)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200 g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n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,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。 n 1 2 3 4 5 6 Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 (1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm,ΔL3=　　　　 cm,压缩量的平均值==　　　 cm;  (2)上述是管中增加　　　　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9.80 m/s2,该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m(结果保留3位有效数字)。  答案(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6 解析(1)根据题意ΔL3=L6-L3=6.04 cm;压缩量的平均值==6.05 cm。 (2)根据题意上述是管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)根据胡克定律,弹簧的劲度系数k==48.6 N/m。 2.(2019·海南,12,12分,难度★★)某同学利用图(a)的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中,光滑的细杆和刻度尺水平固定在铁架台上,一轻弹簧穿在细杆上,其左端固定,右端与细绳连接;细绳跨过光滑定滑轮,其下端可以悬挂砝码(实验中,每个砝码的质量均为m=50.0 g)。弹簧右端连有一竖直指针,其位置可在刻度尺上读出。实验步骤如下: 图(a) ①在绳下端挂上一个砝码,调整滑轮,使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触; ②系统静止后,记录砝码的个数及指针的位置; ③逐次增加砝码个数,并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内); ④用n表示砝码的个数,l表示相应的指针位置,将获得的数据记录在表格内。 回答下列问题: (1)根据下表的实验数据在图(b)中补齐数据点并作出l-n图像。 n 1 2 3 4 5 l/cm 10.48 10.96 11.45 11.95 12.40 (2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及l-n图线的斜率α表示,表达式为k=　　　　。若g取9.80 m/s2,则本实验中k=　　　　N/m(结果保留3位有效数字)。  图(b) 答案(1)图见解析　(2)　109 解析(1)作出l-n图像如图; (2)由胡克定律:nmg=k(l-l0),即l=n+l0,则=α,解得k=;由图形可知α约为0.45×10-2m,解得k= N/m≈109 N/m。 3.(2018·全国1,22,5分,难度★★)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针。 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为　　　　cm。当地的重力加速度大小为9.80 m/s2,此弹簧的劲度系数为　　　　N/m(保留3位有效数字)。  答案3.775　53.7 解析①主尺读数3.7 cm,即37 mm,游标卡尺15,所以总读数为37 mm+15× mm=37.75 mm=3.775 cm; ②由F=kΔx得 k==== N/m≈53.7 N/m 1.本题主要考查游标卡尺的读数、弹簧劲度系数的测量、胡克定律及其相关的知识点,意在考查学生灵活运用教材上游标卡尺的使用和探究弹簧的弹力与形变量的关系实验知识的科学探究素养。解答此题常见错误主要有:一是游标卡尺读数误差,或单位搞错导致错写成37.70;二是把重力加速度按照习惯用g=10 m/s2代入计算导致错误;三是考虑采用图像法处理实验数据计算劲度系数耽误时间。 2.该类考题涉及的弹簧、橡皮条实验包括:探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则、探究动能定理。探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则等,主要利用了胡克定律及等效思想,常用作图法处理数据。探究动能定理涉及弹力做功的知识,一般用比例法表示弹力做的功。 4.(2015·四川,8(1),6分,难度★★)某同学