实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系

探究弹簧弹力与形变量的关系

基础打磨

1.(2019年天津高考模拟)在做“探究弹簧弹力与弹簧形变的关系”实验时:

(1)甲同学将弹簧水平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端施加竖直向下的外力F ,通过实验得出弹簧弹力与弹簧形变量的关系,此操作对实验结果产生影响的原因是 。

(2)乙同学按正确操作步骤进行实验,但未测量弹簧原长和形变量,而是每次测出弹簧的总长度L ,并作出外力F 与弹簧总长度L 的关系图线如图1所示,由图可知,该弹簧的原长为 cm;该弹簧的劲度系数为 N/m 。 (3)丙同学通过实验得出弹簧弹力与弹簧形变量的关系图线如图2所示,图线后来弯曲的原因是 。

2.(2019年江苏无锡模拟)为探究“影响弹簧受力形变的因素”,兴趣小组猜想如下:

猜想一:弹簧形变的大小可能与弹簧的长度有关。 猜想二:弹簧形变的大小可能与受力的大小有关。 猜想三:弹簧形变的大小可能与弹簧的材料有关。

他们选择了甲、乙、丙3根弹簧作为研究对象。已知弹簧甲和丙是同种金属丝,弹簧乙是另一种金属丝,甲和乙原长均为6 cm,丙原长为9 cm,其他条件均相同。将弹簧的一端固定,另一端用弹簧测力计,以不同大小的力拉,下表是记录的实验数据。

弹簧受到的拉力/N 0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

弹簧的 长度 /cm

甲 6.0 6.6 7.2 7.8 8.4 9.0 9.6 10.6

乙 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 丙 9.0 9.9 10.8 11.7 12.6 13.5 14.4 15.9

(1)分析表中数据可知,在拉力相同的情况下,甲弹簧伸长的长度 (选填“大于”或“小于”)乙弹簧伸长的长度。 (2)要证实猜想一,需比较 两根弹簧的数据。

(3)在弹性限度内,同一弹簧的 与它所受的拉力成正比。

(4)若他们要制作精确程度较高的弹簧测力计,可以选用原长更 (选填“长”或“短”)的 (选填“甲”或“乙”)弹簧。

3.(2019年江西高考模拟)某同学用如图1所示的装置,探究弹簧的弹力与长度的关系。

(1)关于实验操作,下列说法正确的是 。 A.刻度尺竖直放在弹簧附近,零刻度线与弹簧上端对齐

B.实验过程要保证弹簧竖直且静止

C.悬挂的钩码越多,测出数据越多,实验误差越小

D.如果弹簧上指针上下振动,可在指针运动最快的位置进行读数

(2)该同学用a、b两条不同的弹簧进行实验,多次改变钩码的质量,测出相应的弹簧的长度L,画出m-L图线如图2所示,由图象可知,a弹簧的原长(选填“大于”“小于”或“等于”)b弹簧的原长,a弹簧的劲度系数(选填“大于”“小于”或“等于”)b弹簧的劲度系数,由图象得到的弹簧原长(选填“大于”“小于”或“等于”)实际原长。

能力拔高

4.(原创)小韩同学用如图1所示装置测量一轻弹簧的劲度系数,器材如下:

一端有挡板、长为l的光滑木板

一把刻度尺

一个质量为m的重物

实验步骤如下:

(1)将木板水平放置,弹簧的左端固定在挡板上。

(2)将重物贴近弹簧右端。

(3)将木板的右端缓慢抬高不同的高度,测出弹簧的长度x1、x2……和此时木板右端到水平面的高度h1、h2……

以h为横轴,x为纵轴,作出x-h的图象如图2所示,其图象斜率为k。该弹簧的劲度系数为,图象纵轴截距的意义是。

5.(2020年海南海口检测)小明在参考书中看到,如果将弹簧剪断后,每一段的劲度系数与原弹簧的劲度系数不同,为探究剪断后弹簧的劲度系数与未剪断时劲度系数的关系,他进行了如下探究:

(1)实验室仅有如下器材,为了完成实验,需要的器材是。

A.弹簧

B.铁架台

C.弹簧测力计

D.打点计时器

(2)由于实验室未能提供刻度尺和钩码,探究步骤如下,正确的顺序为。

a.将未剪断的弹簧悬挂在铁架台上

b.用弹簧测力计拉住弹簧的另一端,将弹簧拉至未剪断弹簧伸长的各个位置,并记下此时对应的弹簧测力计的读数

c.将弹簧剪成等长的两段,选取其中一段挂在铁架台上

d.用弹簧测力计拉住弹簧的另一端,分别用1 N、2 N……5 N 的力拉弹簧,记下弹簧自由端的位置

e.换用另一段弹簧,重复实验步骤b

(3)如图是实验得到的图线。根据图线回答:

①弹簧未剪断前的图象是。

②弹簧剪断前的劲度k1与剪断后的劲度k2的大小关系为。

6.(2019年湖北省重点中学联考)在“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”的实验中,所用装置如图所示。所用钩码每只的质量均为30 g。实验中,先测出不挂钩码时弹簧的长度,再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端,稳定后测出相应的弹簧总长度,将数据填在表中。(弹力始终未超过弹性限度,重力加速度g=9.8 m/s2)

记录数据组123456

钩码总质量/g0306090120150

弹簧总长/cm18.0021.3324.6027.9331.234.56

弹力大小/N00.2940.8821.47

(1)上表记录数据中有一个不符合规范,它是第组中的数据(填写数据的名称),应记

作。

(2)根据记录数据求得该弹簧的劲度系数k=N/m。

(3)根据实验数据将第3组和第5组对应的弹力大小计算出来并填入表中相应的空格内。(结果保留3位有效数字)

(4)写出弹簧中弹力的大小F跟弹簧总长度L之间的函数关系的解析式:。

(5)弹簧竖直放置时,其自重对测得的劲度系数(选填“有”或“无”)影响,原因

是。

思维拓展

7.(2019年北京高考模拟)在探究弹簧弹力大小与伸长量关系的实验中,第一组同学设计了如图1所示的实验装置。在弹簧两端各系一轻细的绳套,利用一个绳套将弹簧悬挂在铁架台上,另一端的绳套用来悬挂钩码。先测出不挂钩码时弹簧的长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出钩码静止时相应的弹簧总长度L,再算出弹簧伸长的长度x,并将数据填在下面的表格中。

测量次序123456

弹簧弹力F/N00.51.01.52.02.5

弹簧的总长度L/ cm13.0015.0517.1019.0021.0023.00

弹簧伸长的长度x/cm02.054.106.008.0010.00

(1)在如图2所示的坐标纸上已经描出了其中5次测量的弹簧弹力大小F与弹簧伸长的长度x对应的数据点,请把第4次测量的数据对应点描绘出来,并作出F-x图线。

(2)根据(1)所得F-x图线可知,下列说法中正确的是。(选填选项前的字母)

A.弹簧弹力大小与弹簧的总长度成正比

B.弹簧弹力大小与弹簧伸长的长度成正比