专题02 探究弹簧弹力与形变量的关系——备战2022年高考物理实验专题最后一练（全国通用）

专题02 探究弹簧弹力与形变量的关系 ★高考真题★ 1．（2021·广东·高考真题）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n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。 n 1 2 3 4 5 6 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 （1）利用计算弹簧的压缩量：，，______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，该弹簧的劲度系数为______N/m。（结果保留3位有效数字） 【答案】      6.04     6.05     3     48.6 【解析】 （1）根据压缩量的变化量为 压缩量的平均值为 （2）因三个是相差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）根据钢球的平衡条件有 解得 2．（2019·海南·高考真题）某同学利用图（a）的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中，光滑的细杆和直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），弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出，实验步骤如下： ①在绳下端挂上一个硅码，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）中补齐数据点并做出图像______； l 1 2 3 4 5 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及图线的斜率表示，表达式为_____；若g取，则本实验中____（结果保留3位有效数字）。 【答案】           ；     109N/m 【解析】 （1）做出图像如图； （2）由胡克定律：，即，则，解得；由图形可知，解得 ★经典变式题练★ 3．（2022·福建漳州·一模）某同学在用如图甲所示的装置测量某根弹簧的劲度系数，弹簧下端固定在地面上，上端固定一个轻质薄板A，然后再在轻质薄板上面放不同物体，待物体静止时，测量弹簧长度L，记录物体的重力及弹簧长度。 （1）该实验操作需要测量弹簧的初始长度，下列测量方法正确的是___________（填正确答案标号）； A．将弹簧水平放置，测量其初始长度       B．将弹簧竖直放置，测量其初始长度 （2）在操作正确的条件下，根据实测数据，作出了物体重力G与弹簧长度L的关系图像，如图乙所示。则弹簧的初始长度___________cm；弹簧的劲度系数___________N/m。 【答案】      B     20     100 【解析】 （1）在弹簧竖直放置时由于自身重力而有形变，由题意可知本实验操作需要测量的是弹簧竖直放置时的初始长度，故水平放置时测量弹簧的初始长度偏大，故A错误，B正确。 故选B。 （2）由题图乙可知当时，，当时，；则 解得 4．（2022·重庆·一模）图1为某同学探究“弹簧弹力与形变量关系”的实验装置，将轻弹簧上端固定在铁架台的横杆上，分别在弹簧下端挂上1个、2个、3个…质量为m的钩码，测得钩码静止时对应的弹簧长度l。下表是该同学记录的数据，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度g取，。 钩码个数 1 2 3 4 5 6 弹簧长度 15.82 21.72 27.60 33.61 39.56 45.37 （1）根据表中数据在题图2中作出弹簧弹力F与弹簧长度l的图像；（ ） （2）由图像可知，该弹簧的原长___________，劲度系数___________。（保留两位有效数字） 【答案】           9.9（9.8~10均可）     8.5（8.3~8.7均可） 【解析】 （1） 根据表中数据弹簧弹力F与弹簧长度l的图像如图 （2）因为图像与横轴的交点代表外力为零时弹簧的长度，即原长，故由图可得原长为 因为图像的斜率即为劲度系数，由图可得 5．（2022·全国·模拟预测）某实验小组