2.4 实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系（练）--2023年高考物理一轮复习讲练测（全国通用）

专题2.4 实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系 1．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究“在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验。 （1）实验中还需要的测量工具有___________。 （2）如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x。由图像可得结论：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成___________（填“正比”或“反比”），弹簧的劲度系数k=___________N/m（计算结果保留2位有效数字，重力加速度g取10m/s2）。 （3）如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，作出弹簧弹力F与弹簧长度L的图像，下列说法正确的是___________。 A．a的原长比b的短 B．a的劲度系数比b的大 C．a的劲度系数比b的小 D．弹力与弹簧长度成正比 【答案】     刻度尺     正比     5.0     AB#BA 【解析】 （1）[1]实验需要测量弹簧伸长的长度，故还需要刻度尺； （2）[2]由于图像是一条过坐标原点的倾斜直线，故可得出结论：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比； [3]根据 由图线乙可得，图线的斜率等于弹簧的劲度系数，即 （3）[4]A．由图丙知，图像横坐标的截距表示原长，所以a的原长比b的短，故A正确； BC．斜率越大，劲度系数越大，所以a的劲度系数比b的大，故B正确，C错误； D．弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，与弹簧长度不成正比，故D错误。 故选AB。 2．某同学想测量两根材料不同、粗细不同、长度不同的轻弹簧的劲度系数，他设计了如图（a）所示的实验装置。实验操作步骤如下： ①将一根粗细均匀的杆竖直固定在水平面上，在其表面涂上光滑材料； ②将轻弹簧A套在竖直杆上，将轻弹簧B套在弹簧A外面，弹簧A与杆之间以及弹簧B与弹簧A之间均有一定间隙； ③将刻度尺竖直固定在弹簧左侧，读出此时弹簧A、B的长度； ④将金属圆环套在竖直杆上并轻轻放在弹簧上，待圆环平衡后从刻度尺上读出弹簧A、B的长度； ⑤逐渐增加金属圆环（与此前所加的金属圆环完全相同）个数，重复步骤④； ⑥根据实验数据得出弹簧上方所加金属圆环的个数n及弹簧A对应的形变量x，通过计算机拟合出如图（b）所示的图像； ⑦用天平测量出一个金属圆环的质量为100g，实验过程中未超过弹簧的弹性限度，重力加速度g取。 回答下列问题： （1）弹簧A、B的劲度系数分别为___________N/m，___________N/m； （2）若把弹簧A、B串接在一起，将一端固定在天花板上，另一端悬挂一重力为G的物块，则物块静止时两弹簧的伸长量之和___________（用、、G表示）。 【答案】     156.8     235.2     【解析】 （1）[1][2]由题可知，圆环数为4个时，恰好压在弹簧B上，且不受到B的弹力，此前，圆环仅受弹簧A的弹力，此后受到A、B两个弹簧的弹力，对时 解得 对时 解得 （2）[3]串联时，两个弹簧的拉力相等，则 可得 3．某同学用图a所示装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。 （1）请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上___________； A．以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据（l，m）对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来； B．记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度； C．将铁架台固定于桌上，将弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺； D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个……钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码； E．由m-l图像，进一步找出弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。 （2）图b为根据实验测得数据标出的对应点，在图b中作出钩码质量m与弹簧长度l间的关系图线___________； （3）由图像可知，弹簧下端不挂钩码时，指针A处所对刻度尺上的刻度___________cm； （4）此弹簧的劲度系数___________N/m。（g取10，结果保留三位有效数字） 【答案】     CBDAE          15     12.5 【解析】 （1）[1]本实验的操作步骤是：将铁架台固定于桌上，将弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺，记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度，依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个……钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码，以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据（l，m）对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来，由m-l图像，进一步找出弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。故步骤顺序为CBDAE。 （2）[2]舍去误差比较大的点，