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(新課標(biāo))2022高考物理總復(fù)習(xí) 課時檢測(十一)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系(實驗增分課)(含解析)

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1、(新課標(biāo))2022高考物理總復(fù)習(xí) 課時檢測(十一)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系(實驗增分課)(含解析) 1.為了探究彈力F和彈簧伸長量x的關(guān)系,某同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進行測試,根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示圖像。 (1)從圖像上看,該同學(xué)沒能完全按照實驗要求做,從而使圖像上端成為曲線,圖像上端成為曲線是因為__________________________。 (2)甲、乙彈簧的勁度系數(shù)分別為______N/m和______N/m(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字);若要制作一個精確度較高的彈簧測力計,應(yīng)選彈簧________(填“甲”或“乙”)。 解析:(1)在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力與彈簧

2、的伸長量成正比,超過彈簧的彈性限度,則此規(guī)律不成立,所以圖像上端為曲線是因為彈簧的伸長量超過其彈性限度。 (2)由題圖可知甲、乙兩根彈簧的勁度系數(shù)分別為k甲== N/m≈66.7 N/m,k乙== N/m=200 N/m;要制作一個精確度較高的彈簧測力計,應(yīng)選在一定的外力作用時,彈簧的伸長量大的彈簧,故選彈簧甲。 答案:(1)彈簧的伸長量超過其彈性限度 (2)66.7 200 甲 2.(2019·甘肅一診)在探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系時,小明同學(xué)用如圖甲所示的實驗裝置進行實驗,將該彈簧豎直懸掛起來,在自由端掛上質(zhì)量不計的砝碼盤,逐漸增加盤中砝碼的質(zhì)量并用刻度尺測出對應(yīng)的彈簧長度。

3、(1)小明同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上用描點法畫出x -m圖像如圖乙所示,根據(jù)圖像他得出結(jié)論:彈簧彈力和彈簧伸長量不是正比例關(guān)系,而是一次函數(shù)關(guān)系。他的結(jié)論錯誤的原因是________________________________________________________________________。 (2)作出的圖線在縱軸的截距的物理意義是________________________;該彈簧的勁度系數(shù)k=________N/m(g取9.8 N/kg,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (3)該同學(xué)得到的勁度系數(shù)與考慮砝碼盤的質(zhì)量時相比,結(jié)果________(選填“偏大”“偏小”或“相

4、同”)。 解析:(1)在x -m圖像中,x表示彈簧的長度而不是彈簧的伸長量,故他得出的結(jié)論是錯誤的。 (2)圖線在縱軸的截距表示拉力等于0時彈簧的長度,即未放砝碼時彈簧的長度;由ΔF=Δmg=kΔx可知,圖線的斜率=,即重力加速度與彈簧的勁度系數(shù)之比,由圖線對應(yīng)數(shù)據(jù)可知,其斜率為 m/kg,解得彈簧的勁度系數(shù)為k=29.4 N/m。 (3)根據(jù)以上方法計算出勁度系數(shù)時,是否考慮砝碼盤的質(zhì)量對結(jié)果無影響,故結(jié)果相同。 答案:(1)x -m圖像的縱坐標(biāo)不是彈簧的伸長量 (2)未放砝碼時彈簧的長度 29.4 (3)相同 3.在探究彈簧的彈力與伸長量之間關(guān)系的實驗中,所用裝置如圖甲所示,將輕

5、彈簧的一端固定,另一端與力傳感器連接,其伸長量通過刻度尺測得,某同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)如表格所示。 伸長量x/(×10-2 m) 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 彈力F/N 1.50 2.93 4.55 5.98 7.50 (1)以x為橫坐標(biāo),F(xiàn)為縱坐標(biāo),在圖乙的坐標(biāo)紙上描繪出能正確反映這一彈簧的彈力與伸長量之間的關(guān)系圖線。 (2)由圖線求得這一彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 解析:(1)描點作圖,如圖所示。 (2)根據(jù)圖像,該圖線為過原點的一條傾斜直線,即彈力與伸長量成正比,k== N/m=75.0 N/m

6、。 答案:(1)見解析圖 (2)75.0 4.(2019·成都一診)將兩根自然長度相同、勁度系數(shù)不同、粗細(xì)不同的彈簧套在一起,看成一根新彈簧,設(shè)原粗彈簧(記為A)勁度系數(shù)為k1,原細(xì)彈簧(記為B)勁度系數(shù)為k2,套成的新彈簧(記為C)勁度系數(shù)為k3。關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系,同學(xué)們做出了如下猜想: 甲同學(xué):和電阻并聯(lián)相似,可能是=+ 乙同學(xué):和電阻串聯(lián)相似,可能是k3=k1+k2 丙同學(xué):可能是k3=。 (1)為了驗證猜想,同學(xué)們設(shè)計了相應(yīng)的實驗裝置如圖甲。 (2)簡要實驗步驟如下,請完成相應(yīng)填空。 a.將彈簧A懸掛在鐵架臺上,用刻度尺測量彈簧A的自然長度L0; b.在

7、彈簧A的下端掛上鉤碼,記下鉤碼的個數(shù)n、每個鉤碼的質(zhì)量m和當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮,并用刻度尺測量彈簧的長度L1; c.由F=________計算彈簧的彈力,由x=L1-L0計算彈簧的伸長量,由k=計算彈簧的勁度系數(shù); d.改變________,重復(fù)實驗步驟b、c,并求出彈簧A的勁度系數(shù)的平均值k1; e.僅將彈簧分別換為B、C,重復(fù)上述操作步驟,求出彈簧B、C的勁度系數(shù)的平均值k2、k3。比較k1、k2、k3并得出結(jié)論。 (3)圖乙是實驗得到的圖線,由此可以判斷________同學(xué)的猜想正確。 解析:(2)c.由實驗步驟知,彈簧的彈力F等于n個鉤碼受到的重力nmg。d.多次測量求

8、平均值,可以減小誤差,所以實驗中需要改變鉤碼的個數(shù)以改變彈簧彈力。 (3)由題圖乙可知,彈簧的伸長量相同時,F(xiàn)C=FA+FB,由胡克定律可得k3Δx=k1Δx+k2Δx,所以k3=k1+k2,乙同學(xué)的猜想是正確的。 答案:(2)c.nmg d.鉤碼的個數(shù) (3)乙 5.(2018·全國卷Ⅰ)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置,簡化為圖中的指針。 現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時,移動游標(biāo),使其零刻度線對準(zhǔn)指針,此時標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時,移動游標(biāo),再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示,其讀數(shù)為________cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)。 解析:標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度,精確度為0.05 mm,游標(biāo)的第15個刻度與主尺刻度對齊,則讀數(shù)為37 mm+15×0.05 mm=37.75 mm=3.775 cm。彈簧形變量x=(3.775-1.950)cm=1.825 cm,砝碼平衡時,mg=kx,所以勁度系數(shù)k== N/m≈53.7 N/m。 答案:3.775 53.7

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