2020年高考物理專題精準(zhǔn)突破實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系(原卷版)

1、2020 年高考物理專題精準(zhǔn)突破專題實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系【專題詮釋】一實(shí)驗(yàn)原理與操作1如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)會(huì)伸長，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等2用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小f，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組數(shù)據(jù)(x，f)對應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與彈簧伸長量間的關(guān)系3.實(shí)驗(yàn)操作中需要注意的三個(gè)問題（1） 所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度，要注意觀察，適可而止（2） 每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使坐標(biāo)點(diǎn)的間距盡

2、可能大，這樣作出的圖線準(zhǔn)確度更高一些（3） 測彈簧長度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測量，以免增大誤差二數(shù)據(jù)處理與誤差分析1實(shí)驗(yàn)操作中需要注意的三個(gè)問題(1)坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中(2)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力、彈簧的原長l0、總長 l 及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位(3)描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)2誤差分析(1)系統(tǒng)誤差：鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確和彈簧自身重力的影響造成系統(tǒng)誤差(2)偶然誤差：彈簧長度的測量造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)作圖時(shí)的不規(guī)范造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫圖時(shí)要用鉛筆作圖，所描各點(diǎn)盡量均勻分布

3、在直線的兩側(cè)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新1.彈簧水平放置，消除彈簧自身重力對實(shí)驗(yàn)的影響2.改變彈簧的固定方式，研究彈簧彈力大小與壓縮量之間的大小關(guān)系實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新1.用橡皮筋代替彈簧做實(shí)驗(yàn)2.拉力傳感器顯示的拉力f 與橡皮筋的彈力并不相等，僅為橡皮筋彈力在水平方向的分力實(shí)驗(yàn)原理的遷移1.探究金屬絲的勁度系數(shù)與直徑的關(guān)系2.分別測出兩根彈簧的勁度系數(shù)3.對計(jì)算出的勁度系數(shù)與直徑對比分析，得出結(jié)論【高考領(lǐng)航】【2018 新課標(biāo)全國ii卷】 某同學(xué)用圖（a）所示的裝置測量木塊與木板之間的摩擦因數(shù)?？邕^光滑定滑輪的細(xì)線兩端分別與木塊和彈簧秤相連，滑輪和木塊之間的細(xì)線保持水平，在

4、木塊上放置砝碼。緩慢向左拉動(dòng)水平放置的木板，當(dāng)木塊和砝碼相對桌面靜止且木板仍在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，彈簧秤的示數(shù)即為木塊受到的滑動(dòng)摩擦力的大小。某次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)在下表中給出，其中4f的值從圖（ b）中彈簧秤的示數(shù)讀出。砝碼的質(zhì)量m/kg 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 滑動(dòng)摩擦力f/n 2.15 2.36 2.55 4f2.93 回答下列問題（1）4f=_n ；（2）在圖（ c）的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊未畫出的數(shù)據(jù)點(diǎn)_并繪出 f m 圖線 _；（3） f與 m、 木塊質(zhì)量 m、 木板和木塊之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)? 及重力加速度大小g之間的關(guān)系式f=_，f m 圖線（直線）的斜率的表達(dá)式k=_；（4）

5、取 g=9.80 m/s2，由繪出的f m 圖線求得_（保留 2 位有效數(shù)字）【2018 新課標(biāo)全國i 卷】 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?，F(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(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時(shí)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(shí)，移動(dòng)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

6、3 位有效數(shù)字）?！咀钚驴枷蚪獯a】例 1.(2019 河北張家口高三上學(xué)期期末)某同學(xué)用如圖甲所示裝置探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)步驟如下：測出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長度；將 1 個(gè)鉤碼掛在彈簧的下端，測出彈簧總長度l；將 2、3、4 個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端，重復(fù)。(1)該同學(xué)測量后把數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)圖乙中，請你幫助該同學(xué)作出f-l 圖線。(2)由此圖線可得出該彈簧的原長l0_ cm，勁度系數(shù)k_ n/m 。(結(jié)果保留一位小數(shù))例 2(2019 廣東茂名信宜中學(xué)模擬) 如圖甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的

7、實(shí)驗(yàn)器材有_ (2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有_.(3)圖乙是彈簧彈力f 與彈簧伸長量x 的 fx 圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_n/m.圖線不過原點(diǎn)的原因是由于_ (4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，f)對應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；b記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端的刻度尺上的刻度l0；c將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；d依次在彈簧下端掛上1 個(gè)、 2 個(gè)、 3 個(gè)、 4 個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；e以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長

8、量的關(guān)系式首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；f解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；g整理儀器請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：_.例 3.(2019 四川資陽高三上學(xué)期期末)在“ 探究彈簧的彈力與伸長量之間關(guān)系” 的實(shí)驗(yàn)中，所用裝置如圖1 所示，將輕彈簧的一端固定，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于下表中。伸長量 x/( 102 m)2.004.006.008.0010.00彈力 f/n1.502.934.555.987.50(1)以 x 為橫坐標(biāo)， f 為縱坐標(biāo)，在圖2 的坐標(biāo)紙上描繪出能正確反應(yīng)這一彈簧的彈力與伸長量間的關(guān)系圖線。(2)由圖線求

9、得這一彈簧的勁度系數(shù)為_。 (保留三位有效數(shù)字)【微專題精練】1.(2019安徽淮北一中模擬)在“ 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并測量彈簧的勁度系數(shù)” 的實(shí)驗(yàn)中， 實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右恒定的拉力，實(shí)驗(yàn)時(shí)先測出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長度，再將5 個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測量相應(yīng)的彈簧的總長度(1)某同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測量后把6 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)系圖乙中，請作出f l 圖線(2)由此圖線可得出彈簧的原長l0_cm，勁度系數(shù)k_n/m.(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實(shí)驗(yàn)情況，幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，

10、把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較優(yōu)點(diǎn)在于： _ ；缺點(diǎn)在于： _.2某實(shí)驗(yàn)小組在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系時(shí)，先把彈簧平放在桌面上，用刻度尺測出彈簧的原長l04.6 cm，再把彈簧豎直懸掛起來，在下端掛鉤碼，每增加一個(gè)鉤碼均記下對應(yīng)的彈簧長度x，數(shù)據(jù)記錄如下表所示。鉤碼個(gè)數(shù)12345彈力 f/n1.02.03.04.05.0彈簧長度 x/cm7.09.011.013.015.0(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出fx 圖線；(2)由此圖線可得，該彈簧勁度系數(shù)k_n/m；(3)圖線與 x 軸的交點(diǎn)坐標(biāo)大于l0的原因是 _。3.(2019云南昆明模擬)(2018 深圳聯(lián)考 )把兩根輕質(zhì)彈簧串聯(lián)起來測量它

11、們各自的勁度系數(shù)，如圖甲所示。(1)未掛鉤碼之前，指針b 指在刻度尺如圖乙所示的位置上，記為_ cm；(2)將質(zhì)量50 g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端，逐次記錄兩彈簧各自的伸長量；所掛鉤碼的質(zhì)量m與每根彈簧的伸長量x，可描繪出如圖丙所示的圖象，由圖象可計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k_ n/m ；(取重力加速度g9.8 m/s2) (3)圖丙中，當(dāng)彈簧的伸長量超過17 cm 時(shí)其圖線為曲線，由此可知，掛上第_個(gè)鉤碼時(shí)，拉力已經(jīng)超過它的彈性限度，這對測量彈簧的勁度系數(shù)_(選填“有”或“沒有”)影響(彈簧的彈性限度足夠大)。4某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系(1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)彈簧

12、軸線和刻度尺都應(yīng)在_(選填 “ 水平 ” 或“ 豎直”)方向(2)在正確操作的情況下，某同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測試，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示的圖象則甲、乙兩根彈簧的勁度系數(shù)分別為_ n/m 和_ n/m ；兩個(gè)圖象的上端都呈曲線的原因是 _，若要制作一個(gè)精確程度較高的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選彈簧_5.某同學(xué)做 “ 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系” 的實(shí)驗(yàn)(1)圖甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm，圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長量 l 為 _ cm；(2) 本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)

13、范的做法是_(填選項(xiàng)前的字母)a逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重b隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量 l 與彈力 f 的關(guān)系圖線，圖線的ab 段明顯偏離直線oa，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_. 6某同學(xué)在 “ 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系” 時(shí)，將輕質(zhì)彈簧豎直懸掛，彈簧下端掛一個(gè)小盤，在小盤中增添砝碼，改變彈簧的彈力，通過旁邊豎直放置的刻度尺可以讀出彈簧末端指針的位置x，實(shí)驗(yàn)得到了彈簧指針位置x 與小盤中砝碼質(zhì)量m 的圖象如圖乙所示，g 取 10 m/s2.回答下列問題(1)某次測量如圖甲所示，指針指示的刻度值為_cm(刻度尺單位為：cm)(2)從圖乙可求得該彈簧的勁度系數(shù)為_n/m( 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；(3)另一同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)有下列做法，其中錯(cuò)誤的是_a刻度尺零刻度未與彈簧上端對齊b實(shí)驗(yàn)中未考慮小盤的重力c讀取指針指示的刻度值時(shí)，選擇彈簧指針上下運(yùn)動(dòng)最快的位置讀取d在利用x-m 圖線計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)時(shí)舍棄圖中曲線部分?jǐn)?shù)據(jù)7為了測量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼。實(shí)驗(yàn)測出了砝碼質(zhì)量 m 與彈簧長度l 的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對應(yīng)點(diǎn)已在圖9 上標(biāo)出。 (g9.8 m/s2)(