2020年高考物理专题精准突破实验：探究弹力和弹簧伸长的关系(原卷版)

1、2020 年高考物理专题精准突破专题实验：探究弹力和弹簧伸长的关系【专题诠释】一实验原理与操作1如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等2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数据(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3.实验操作中需要注意的三个问题（1） 所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止（2） 每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽

2、可能大，这样作出的图线准确度更高一些（3） 测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差二数据处理与误差分析1实验操作中需要注意的三个问题(1)坐标轴的标度要适中(2)记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长 l 及弹簧伸长量的对应关系及单位(3)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧2误差分析(1)系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差(2)偶然误差：弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用铅笔作图，所描各点尽量均匀分布

3、在直线的两侧三实验拓展与创新创新角度实验装置图创新解读实验方法创新1.弹簧水平放置，消除弹簧自身重力对实验的影响2.改变弹簧的固定方式，研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系实验器材创新1.用橡皮筋代替弹簧做实验2.拉力传感器显示的拉力f 与橡皮筋的弹力并不相等，仅为橡皮筋弹力在水平方向的分力实验原理的迁移1.探究金属丝的劲度系数与直径的关系2.分别测出两根弹簧的劲度系数3.对计算出的劲度系数与直径对比分析，得出结论【高考领航】【2018 新课标全国ii卷】 某同学用图（a）所示的装置测量木块与木板之间的摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连，滑轮和木块之间的细线保持水平，在

4、木块上放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板，当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时，弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在下表中给出，其中4f的值从图（ b）中弹簧秤的示数读出。砝码的质量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑动摩擦力f/n 2.15 2.36 2.55 4f2.93 回答下列问题（1）4f=_n ；（2）在图（ c）的坐标纸上补齐未画出的数据点_并绘出 f m 图线 _；（3） f与 m、 木块质量 m、 木板和木块之间的滑动摩擦因数? 及重力加速度大小g之间的关系式f=_，f m 图线（直线）的斜率的表达式k=_；（4）

5、取 g=9.80 m/s2，由绘出的f m 图线求得_（保留 2 位有效数字）【2018 新课标全国i 卷】 如图（ a），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（a）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（b）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

6、3 位有效数字）。【最新考向解码】例 1.(2019 河北张家口高三上学期期末)某同学用如图甲所示装置探究弹力和弹簧伸长量的关系，实验步骤如下：测出不挂钩码时弹簧的自然长度；将 1 个钩码挂在弹簧的下端，测出弹簧总长度l；将 2、3、4 个钩码逐个挂在弹簧的下端，重复。(1)该同学测量后把数据描点在坐标图乙中，请你帮助该同学作出f-l 图线。(2)由此图线可得出该弹簧的原长l0_ cm，劲度系数k_ n/m 。(结果保留一位小数)例 2(2019 广东茂名信宜中学模拟) 如图甲所示，用铁架台、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(1)为完成实验，还需要的

7、实验器材有_ (2)实验中需要测量的物理量有_.(3)图乙是弹簧弹力f 与弹簧伸长量x 的 fx 图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_n/m.图线不过原点的原因是由于_ (4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：a以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，f)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；b记下弹簧不挂钩码时其下端的刻度尺上的刻度l0；c将铁架台固定于桌子上，并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、 4 个钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；e以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长

8、量的关系式首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；f解释函数表达式中常数的物理意义；g整理仪器请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_.例 3.(2019 四川资阳高三上学期期末)在“ 探究弹簧的弹力与伸长量之间关系” 的实验中，所用装置如图1 所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中。伸长量 x/( 102 m)2.004.006.008.0010.00弹力 f/n1.502.934.555.987.50(1)以 x 为横坐标， f 为纵坐标，在图2 的坐标纸上描绘出能正确反应这一弹簧的弹力与伸长量间的关系图线。(2)由图线求

9、得这一弹簧的劲度系数为_。 (保留三位有效数字)【微专题精练】1.(2019安徽淮北一中模拟)在“ 探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数” 的实验中， 实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5 个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测量相应的弹簧的总长度(1)某同学通过以上实验测量后把6 组实验数据描点在坐标系图乙中，请作出f l 图线(2)由此图线可得出弹簧的原长l0_cm，劲度系数k_n/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)(4)该同学实验时，

10、把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较优点在于： _ ；缺点在于： _.2某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量的关系时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长l04.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一个钩码均记下对应的弹簧长度x，数据记录如下表所示。钩码个数12345弹力 f/n1.02.03.04.05.0弹簧长度 x/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据在图中作出fx 图线；(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k_n/m；(3)图线与 x 轴的交点坐标大于l0的原因是 _。3.(2019云南昆明模拟)(2018 深圳联考 )把两根轻质弹簧串联起来测量它

11、们各自的劲度系数，如图甲所示。(1)未挂钩码之前，指针b 指在刻度尺如图乙所示的位置上，记为_ cm；(2)将质量50 g的钩码逐个挂在弹簧的下端，逐次记录两弹簧各自的伸长量；所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸长量x，可描绘出如图丙所示的图象，由图象可计算出弹簧的劲度系数k_ n/m ；(取重力加速度g9.8 m/s2) (3)图丙中，当弹簧的伸长量超过17 cm 时其图线为曲线，由此可知，挂上第_个钩码时，拉力已经超过它的弹性限度，这对测量弹簧的劲度系数_(选填“有”或“没有”)影响(弹簧的弹性限度足够大)。4某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧

12、轴线和刻度尺都应在_(选填 “ 水平 ” 或“ 竖直”)方向(2)在正确操作的情况下，某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示的图象则甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为_ n/m 和_ n/m ；两个图象的上端都呈曲线的原因是 _，若要制作一个精确程度较高的弹簧测力计，应选弹簧_5.某同学做 “ 探究弹力和弹簧伸长量的关系” 的实验(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 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

13、范的做法是_(填选项前的字母)a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_. 6某同学在 “ 探究弹力和弹簧伸长量的关系” 时，将轻质弹簧竖直悬挂，弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力，通过旁边竖直放置的刻度尺可以读出弹簧末端指针的位置x，实验得到了弹簧指针位置x 与小盘中砝码质量m 的图象如图乙所示，g 取 10 m/s2.回答下列问题(1)某次测量如图甲所示，指针指示的刻度值为_cm(刻度尺单位为：cm)(2)从图乙可求得该弹簧的劲度系数为_n/m( 结果保留两位有效数字)；(3)另一同学在做该实验时有下列做法，其中错误的是_a刻度尺零刻度未与弹簧上端对齐b实验中未考虑小盘的重力c读取指针指示的刻度值时，选择弹簧指针上下运动最快的位置读取d在利用x-m 图线计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分数据7为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码。实验测出了砝码质量 m 与弹簧长度l 的相应数据，其对应点已在图9 上标出。 (g9.8 m/s2)(