第二章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系（Word练习）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教版 浙江专用）

实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 1.一名同学用图甲装置做“测定弹簧的劲度系数”的实验． (1)以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验步骤，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l0； C．将铁架台固定于桌子上，将弹簧的一端系于横梁上，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．由图像找出m­l间的函数关系，进一步写出弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度g取10 m/s2)；求出弹簧的劲度系数． (2)图乙为根据实验测得数据标出的对应点，请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的关系图线． (3)写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式：________________(除F和l外均用数值表示). (4)此实验得到的结论是：此弹簧的劲度系数k＝__________N/m(计算结果保留3位有效数字). (5)如果将指针分别固定在图示A点上方的B处和A点下方的C处，作出钩码质量m和指针所对刻度l的关系图像，由图像进一步得出的弹簧的劲度系数kB、kC.kB、kC 与k相比，可能是________(选填字母序号). A．kB大于k　　　　　 B．kB等于k C．kC小于k D．kC等于k 答案：(1)CBDAE　(2)如图所示 (3)F＝12.5(l－0.15)　(4)12.5　(5)AD 解析：(3)m­l图线的斜率k′＝1.25 kg/m，弹簧的劲度系数k＝k′g，则弹簧弹力和长度l的关系为F＝gk′(l－l0)，l0＝15×10－2 m，所以F＝12.5×(l－0.15). (4)k＝k′g＝1.25×10 N/m＝12.5 N/m. (5)指针固定在B处，测量弹簧伸长量时偏小，由F＝kΔl可知，k偏大，A正确；指针固定在C处，不影响弹簧伸长量的测量，k值不变，D正确． 2. (2021·福建莆田高三模拟)如图甲所示，用铁架台、刻度尺、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)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，由图可知：图线经过原点，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9.8 m/s2). (2)如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F­L图像，下列正确的是(　　) A．a的原长比b的长 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：(1)4.9　(2)B 解析：(1)图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比． 由图乙可得弹簧的劲度系数： k＝ ＝ N/m＝4.9 N/m. (2)在图像中横截距表示弹簧的原长，故b的原长比a的长，故A错误；在图像中斜率表示弹簧的劲度系数k，故a的劲度系数比b的大，故B正确，C错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误． 3．如图甲，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．现要测量图甲中弹簧的劲度系数．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，标尺示数如图乙所示，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：标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm； 弹簧形变量x＝(3.775－1.950)cm＝1.825 cm； 砝码平衡时，mg＝kx； 所以劲度系数k＝ ＝ N/m≈53.7 N/m. 4. (2019·海南高考)某同学利用图甲的装置测量轻弹簧的劲度系数．图甲中，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，其下端可以悬挂钩码(实验中，每个钩码的质量均为m＝50.0 g).弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出．实验步骤如下： ①在细绳下端挂上一个钩码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细绳水平且弹簧与细杆没有接触；