实验二：研究弹簧弹力与形变量的关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

2.6实验二：研究弹簧弹力与形变量的关系

2027届高考物理一轮复习

 

一、实验题

1．某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103kg/m3，当地重力加速度为9.8m/s2。实验过程如下：

（1）将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为________cm。

（2）将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。

（3）用带有刻度的杯子量取50mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。

（4）以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200m−2。由此可得该弹簧的劲度系数为________N/m（结果保留2位有效数字）。

（5）图3中直线的截距为0.0056m，可得所用小桶质量为________kg（结果保留2位有效数字）。

2．某学习小组利用如图1所示装置测弹簧劲度系数。内壁光滑且足够长的有机玻璃圆筒竖直放置在水平桌面上，圆筒里放入5个不吸水、不沾水的硬质小球压缩轻质弹簧，小球的直径略小于筒的内径。现向筒内缓慢注水，待水刚好没过第一个小球稳定后，用刻度尺测出此时弹簧的长度并记录；继续缓慢注水，记录水没过小球的个数N和小球静止时对应的弹簧长度l。已知弹簧原长，每个小球完全浸没于水中受到浮力大小为。测量数据和计算弹簧形变量如下表所示。回答下列问题：

没过小球的个数N/个	1	2	3	4	5
弹簧长度l/	4.0	4.3	4.8	5.3	5.6
弹簧形变量/	6.0	5.7	5.2	4.7	4.4

(1)根据实验表格记录数据可知，刻度尺的最小刻度值为_________；

(2)在给出的图2坐标系中描点，并作出没过小球的个数N与弹簧形变量之间的关系图线；

(3)根据描绘的图线，弹簧的劲度系数为_________。

3．某同学用图甲所示装置研究一个组合弹簧体的弹力和伸长量的关系。组合弹簧体由内外两根长度不同的轻质弹簧A和B组合而成，两弹簧在压缩过程中彼此独立互不影响。两弹簧始终保持竖直状态且都在弹性限度内，下端固定在水平桌面上。改变力传感器和桌面的距离d，传感器测得弹簧组合体的弹力F和d的关系如乙图，图中和均已知。由此可知长弹簧A的原长为________，劲度系数为________，短弹簧B的劲度系数为________。

4．某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。

(1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉固定在木板上，另一端悬挂钩码。钩码质量分别为200g、250g、…、500g，平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置如图（a）中圆点所示（钩码的质量

在图中用数字标出）。悬挂的钩码质量分别为200g和300g时，橡皮筋底端位置间的距离为________cm。

(2)根据图（a）中各点的位置可知，在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的质量的增加量成正比，由此可求出橡皮筋的劲度系数为________N/m（保留2位有效数字，重力加速度取）。

(3)悬挂的钩码质量为m时，在橡皮筋底端施以水平向右的力F，平衡时橡皮筋方向如图（b）中虚线所示，图（b）中测力计的示数给出了力F的大小，则________N，________g（选填“200”“300”或“400”）。

5．如图1所示，实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”时，把一轻质弹簧上端固定在铁架台的横杆上，观察弹簧下端挂钩码时所到达的刻度位置，从标尺上读出弹簧下端指针所指的弹簧长度值L，以后每加一个钩码测一次L，直至加到5个钩码，已知每个钩码的质量均为m。完成下列问题：

(1)标尺上端0刻度线与弹簧上端是对齐的，当弹簧下端挂上一个钩码时，指针指在图2所示位置，此时弹簧的长度L1=__________cm。

(2)一个钩码对应的弹簧长度为L1、两个钩码对应的弹簧长度为L2……五个钩码对应的弹簧长度为L5，作出弹簧长度L和钩码个数n的关系图线如图3所示，已知重力加速度为g，则弹簧的自然长度为__________，劲度系数为__________（用m、a、b、g表示）。

(3)实验过程中某同学将两根相同的此弹簧串联起来做实验，将串联后的弹簧作为整体，通过理论分析可知，图3中b会变为原来2倍，而a与原来相比将__________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

6．请按要求完成以下实验内容。

(1)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中，用打点计时器（所接电源频率为50Hz）记录小车运动情况的纸带如图甲所示，图中、、、、为相邻的计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，则小车的加速度大小______（结果保留2位有效数字）；

(2)实验小组利用身边的器材探究弹簧弹力和伸长量的关系，器材有：待测轻弹簧（重力忽略不计）、光滑平整的玻璃板、垫块、小钢球、量角器。已知小钢球质量为100g，当地重力加速度。实验步骤如下：