专题03 探究弹簧弹力与形变量的关系-2023年高考物理实验题专项突破

专题03 探究弹簧弹力与形变量的关系 1.实验原理 如图，弹簧弹力F等于下面所挂钩码重力G，弹簧伸长量Δx用刻度尺测量。用表格或图像处理实验数据，探究弹簧弹力与弹簧伸长量的定量关系。 2.实验步骤 (1)把弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自然下垂，保持刻度尺竖直并靠近弹簧。在弹簧不挂钩码时测量弹簧的原长x0。 (2)将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧总长x，计算弹簧伸长量Δx，计算钩码的总重力。 改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次，将测得的数据都记入设计的表格中。 (3)以弹力F为纵坐标、以弹簧总长度x为横坐标，建立坐标系。把所测数据在坐标系内描点。 (4)按照图中各个点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线）。 (5)以Δx为横轴，将得到过坐标原点的直线，如图，直接得到相应的正比关系。 (6)整理器材。 典例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） 典例2：（2022·湖南·高考真题）小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下： （1）查找资料，得知每枚硬币的质量为； （2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度，记录数据如下表： 序号 1 2 3 4 5 硬币数量/枚 5 10 15 20 25 长度 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56 （3）根据表中数据在图（b）上描点，绘制图线；______ （4）取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图（c）所示，此时橡皮筋的长度为______； （5）由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为______（计算结果保留3位有效数字）。 1．（2022·广东·模拟预测）用如图甲所示的装置来探究胡克定律，轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接，在右端水平拉力F的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长，弹簧与水平面不接触，通过刻度尺可以读出弹簧的伸长量X，通过拉力传感器可以读出F，多次测量F、X做出F-X图像如图乙所示，回答下列问题： （1）伸长量达到某个点后图像变弯曲，原因可能是___________； （2）弹簧的劲度系数为___________； （3）弹簧的伸长量分别为X2和X1时，拉力传感器的示数之差为___________。 2．（2022·福建省德化第一中学模拟预测）橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即，k的值与橡皮筋的原长L、横截面积S有关。理论与实验都表明，其中Y是由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量。 （1）在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是___________。 A．N    B．m    C．    D． （2）某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据，做出了外力F与伸长量x之间的关系图像如上图所示。由图像可求得该橡皮筋的劲度系数___________。 （3）若该橡皮筋的原长是，横截面积是，则该橡皮筋的杨氏模量Y的大小是___________（结果保留两位有效数字）。 3．（2022·新疆·模拟预测）某实验小组采用如图甲所示的装置探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，测得弹簧弹力F随弹簧伸长量x变化的图像如图乙所示。 （1）由图乙可得，该弹簧的劲度系数k=___________N/m； （2）该实验小组用此实验装置对两根不同的弹簧a和b进行探究，得到弹簧弹力F随弹簧伸长量x变化的图像如图丙所示。以下表述正确的是( ) A．弹簧a的原长一定比弹簧b的大 B．弹簧a的劲度系数一定比弹簧b的大 C．弹簧a的自重一定比弹簧b的大 D．以上说法均不对 4．（2022·辽宁鞍山·二模）一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验 （1）采用如