专题12 探究弹簧弹力与形变量的关系-【鼎力高考】2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练 专题12 探究弹簧弹力与形变量的关系 导练目标 导练内容 目标1 教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理 目标2 新高考的改进创新实验 【知识导学与典例导练】 1、 教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理 1.实验目的：探究弹簧弹力与形变量的定量关系。 2.实验器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。 3.实验原理： 用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。 4.数据处理： （1）以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。 （2）以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数等。 （3）得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。 5.误差分析： （1）钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。 （2）悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。 （3）水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。 【例1】小张同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。他先把弹簧放在水平桌面上，量出弹簧原长为，再将弹簧按图甲的装置将弹簧竖直悬挂。在弹簧下端挂上钩码，记下所挂钩码的个数及对应的弹簧长度L，将实验数据记录在下表中. 钩码个数 1 2 3 4 5 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧长度L/cm 7.00 8.95 10.90 12.95 14.88 （1）试根据表格数据在图乙中作出弹力F与弹簧长度L的关系图像 。 （2）由乙图图像可得，该弹簧的劲度系数 （结果保留2位有效数字）。 （3）乙图图像与横坐标L的交点坐标大于的原因是( ) A．实验时弹簧伸长超出弹性限度范围         B．弹簧自身重力影响 （4）关于本实验的操作，以下说法正确的是( ) A．弹簧被拉伸时，不能超出弹性限度范围 B．刻度尺量得的长度就是弹簧的伸长量 C．不同硬度的弹簧，弹力与伸长量的比值不同 D．若图甲中刻度尺的0刻度未与弹簧上端对齐，会影响劲度系数的测 【答案】 26/25/27 B AC 【详解】（1）[1]根据表格中各点数据描绘出弹力F与弹簧长度L的关系图像如图 （2）[2]由乙图图像可得，该弹簧的劲度系数 （3）[3]A．若实验时弹簧伸长超出弹性限度范围，会导致弹簧劲度系数发生改变，则弹力与弹簧长度图像不会是直线，故A错误； B．弹簧自身的重力会导致弹簧竖直放置时会有所伸长，故B正确。故选B。 （4）[4]A．弹簧被拉伸时，不能超出弹性限度范围，否则会导致弹簧劲度系数发生改变，故A正确； B．刻度尺量得的长度是在弹簧原长的基础上再加上伸长量，故B错误； C．不同硬度的弹簧，弹簧的劲度系数不同，因此弹力与伸长量的比值不同，故C正确； D．若图甲中刻度尺的0刻度未与弹簧上端对齐，只会影响不同作用力下弹簧的测量，但本实验采用作图法求弹簧劲度系数，可以消除该误差导致的影响，故D错误。故选AC。 2、 新高考的改进创新实验 1.实验方案的创新 【例2】一兴趣小组的同学用身边的学习用品探究橡皮筋的劲度系数，进行了下面的操作。将橡皮筋上端固定在竖直面内的白纸上的点，下端处用细线拴接，挂上质量的橡皮，记下静止后结点的位置。在结点再系上一根细线，并通过该细线用水平拉力将橡皮在纸面内缓慢拉起，如图甲所示，又记录了结点的四次不同位置。同学们取下白纸，以点为圆心、以段橡皮筋的原长为半径画圆弧，如图乙所示。连接，与圆弧交于，并过作的垂线，垂足为。分别测出的距离和的距离。同样测得其余四个位置对应的值，如下表所示，其中取。 序号 1 2 3 4 5 0.70 0.83 1.08 1.27 1.51 4.51 3.80 2.97 2.48 2.09 0.222 0.263 0.336 0.403 0.478 请完成下列问题： （1）用表示橡皮筋的劲度系数 。 （2）作出如图丙所示的图像，则可求得