2021版高考物理一轮复习考点集训十第5节实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系含解析

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1、考点集训(十)第5节实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系验证力的平行四边形定则1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长度的关系实验(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：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图象，下列说法正确的是_Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D弹力与弹簧长度成正比解析 (1)图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧

2、伸长量大小成正比可得弹簧的劲度系数：k N/m4.9 N/m.(2)在图象中横截距表示弹簧的原长，故b的原长比a的长，故A错误；在图象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错误答案 (1)4.9(2)B2某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验(1)甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为5.73 cm，图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_cm；(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_；(填选项前的字母)A逐一

3、增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是_.解析 (1)乙的读数为13.66 cm，则弹簧的伸长量L13.66 cm5.73 cm7.93 cm；(2)为了更好地找出弹力与形变量之间的规律，应逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重，A正确；(3)弹簧超出了弹性限度，弹簧被损坏，弹簧的伸长量L与弹力F不成正比答案 (1)7.93(2)A(3)钩码总重力超过弹簧弹力范围3

4、某同学用如图1所示的装置来探究弹力和伸长量的关系，她分别把弹簧和橡皮筋作为研究对象，记录每一次悬挂钩码的质量和指针所对应的刻度，然后通过分析这些数据获得了自己的实验结论(1)实验时，该同学认为可以用钩码的重力来代替弹簧或橡皮筋产生的弹力大小，这样做的依据是_A钩码静止时受到的弹力和重力是一对作用力与反作用力B钩码静止时受到的弹力和重力是一对平衡力C钩码静止时受到的弹力和重力本来就是同一个力(2)该同学用图象法来分析数据，如图2所示，其中横轴代表伸长量、纵轴代表弹力，图中“虚线”是根据橡皮筋的测量数据绘制出的图线、“”是根据弹簧的测量数据描绘的点迹，但她对弹簧的研究工作还未结束，请你根据下面表格

5、中的数据在图2中完成剩余工作：a请用“”将第4个点迹描绘在图象中；b请根据所有点迹“”画出能反映弹簧弹力变化规律的图线_序号123456 钩码质量/g050100150200250弹簧弹力/N00.490.981.471.962.45指针位置/cm13.3016.8520.1023.3726.5030.31(3)请根据图中你所绘制的图线计算该弹簧的劲度系数为_ N/m.(保留3位有效数字)(4)若将橡皮筋和弹簧分别从原长拉伸5 cm的伸长量，人克服弹力做的功分别为W1、W2，请根据图2判断W1_W2(选填“”“”或“W2.答案 (1)B(2)见解析(3)14.7(4)图线与横轴所围“面积”代表

6、功的大小4在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学进行实验的主要步骤是：a如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计b沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小用笔在两绳的拉力方向上分别标记a、b两点，并分别将其与O点连接，表示两力的方向c再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向(1)实验中确定分力方向时，图甲中的b点标记得不妥，其原因是_(2)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的

7、是_(3)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示其中_是F1和F2合力的实际测量值(4)实验中的一次测量如图丙所示，两个测力计M、N的拉力方向互相垂直，即90.若保持测力计M的读数不变，当角由图中所示的值逐渐减小时，要使橡皮筋的活动端仍在O点，可采用的办法是_A增大N的读数，减小角B减小N的读数，减小角C减小N的读数，增大角D增大N的读数，增大角解析 (1)为了减小测量的误差，记录方向时，记录点与O点的距离适当大一些，图甲中的b点标记得不妥，其原因是O、b两点太近，误差大(2)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是与F1、F2共同作用的效果相同(3)F1和F2合力的实际测

8、量值是用一根弹簧秤拉的，不是根据平行四边形定则作出的，故F是F1和F2合力的实际测量值(4)由题意可知：保持O点位置不动，即合力大小方向不变，弹簧测力计M的读数不变，因此根据要求作出力的平行四边形定则，画出受力分析图如下：所以由图可知角逐渐变小时，N的示数减小，同时角减小故选B答案 (1)O、b两点太近，误差大(2)与F1、F2共同作用的效果相同(3)F(4)B5某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验，装置如图甲所示，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点O下方悬挂钩码，力传

9、感器1、2的示数分别为F1、F2，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为100 g，取g9.8 m/s2.(1)关于实验，下列说法正确的是_A实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内B每次实验都必须保证结点位于O点C实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三根细绳的方向D实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据某次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了F1、F2，请你作图得到F1、F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因_解析 (1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，

10、以保证钩码重力等于细线中的拉力，选项A正确；该装置每次实验不需要保证结点位于O点，选项B错误；实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三根细绳的方向，选项C正确；悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项D错误(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F，该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等答案 (1)AC(2)见解析6在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮筋的一端固定点在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮筋用两个弹簧测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确

11、定的O点(1)小明在实验过程中认为必须注意以下几项，其中正确的是_A同一次实验过程中，O点位置允许变动B实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度C实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O点D实验中，橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上(2)如图所示为某同学完成验证平行四边形定则实验后留下的白纸根据图中数据，F的大小是_N.(3)观察图象发现，理论的合力F与一个弹簧秤拉动时的拉力F差异较大，经验证F测量无误，则造成这一现象可能的原因是_A用手压住结点后拉弹簧秤并读数B用两个弹簧秤拉动时两弹

12、簧秤不成90C两个弹簧秤首次拉动时结点位置的记录有较大偏差D拉动过程中绳套从弹簧秤上脱落，装上后继续实验解析 (1)同一次实验过程中，O点位置不能动，A错误；实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，B正确；实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O点，这样做弹簧秤很容易超过量程，C错误；实验中，橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上，这样做出的结果不具有一般性，D错误(2)根据图中标尺可知F的大小是1.8 N.(3)观察图象发现，理论的合力F与一个弹簧秤拉动时的拉力F差异较大，经验证F测量无误

13、，则造成这一现象可能的原因是：用手压住结点后拉弹簧秤并读数，两个弹簧秤首次拉动时结点位置的记录有较大偏差，选项AC是可能的原因两弹簧秤不成90不会对实验结果造成影响；拉动过程中绳套从弹簧秤上脱落，装上后继续实验，不影响实验答案 (1)B(2)约1.8 N(在1.62.0之间都可以)(3)AC7某同学利用图1所示装置来研究弹簧弹力与形变的关系设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间由轻弹簧相连，A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连挂钩上可以挂上不同质量的物体C.物块B下放置一压力传感器物体C右边有一个竖直的直尺，可以测出挂钩的下移的距离整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重

14、力加速度g9.8 m/s2.实验操作如下：,图1) ,图2)A不悬挂物块C，让系统保持静止，确定挂钩的位置O，并读出压力传感器的示数F0；B每次挂上不同质量的物块C，用手托住，缓慢释放测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离xi，并读出相应的压力传感器的示数Fi；C以压力传感器示数为纵轴，挂钩下移距离为横轴，根据每次测量的数据，描点作出Fx图象如图2所示(1)由图象可知，在实验误差范围内，可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成_(选填“正比”“反比”或“不确定关系”)；(2)由图象可知：弹簧劲度系数k_ N/m；(3)如果挂上物块C的质量mC3m0，并由静止释放当压力传感器的示数为零时，物块C的速度v0_m/s.解析 (1)对B分析，根据平衡有：F弹mgF，可知F与弹簧弹力成线性关系，又F与x成线性关系，可知弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比(2)由题意可知，Fx图线斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数，则k N/m98 N/m.(3)未挂物块C时，弹簧处于压缩，弹力等于m0g，当压力传感器示数为零时，可知弹簧处于伸长，弹力为m0g，可知弹簧的压缩量和伸长量相等，则弹簧的弹性势能不变，根据系统机械能守恒知，(mCm0)gh(mCm0)v2，因为h0.2 m，mC3m0，代入数据解得v01.4 m/s.答案 (1)正比(2)98(3)1.4