全国版2021高考物理一轮复习专题二相互作用考点4实验：探究弹力和弹簧伸长的关系精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题二相互作用考点4实验：探究弹力和弹簧伸长的关系精练含解析

实验:探究弹力和弹簧伸长的关系 ‎1.[2020湖北武汉质量检测,4分]如图(a)所示,深度h=15 cm的套筒竖直倒置,轻质弹簧的上端固定在套筒内,弹簧处于原长时,其下端位于筒内.用测力计钩住弹簧的下端竖直向下拉,记录测力计的示数F和露出筒外的弹簧的长度l.为测量弹簧的劲度系数和原长,现作出F-l图象,如图(b)所示.则弹簧的劲度系数k=N/m,弹簧的原长l0=　　　　cm. ‎ ‎ ‎ 图(a) 图(b)‎ ‎2.[2020福建龙岩六校联考,6分]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Δl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Δl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　　　　. ‎ ‎3.[新情境,4分]在探究弹力和弹簧伸长的关系时,某同学先按图1对弹簧甲进行探究,然后把弹簧甲和弹簧乙并联起来按图2进行探究.在弹簧弹性限度内,将质量为m=50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,分别测得图1、图2中弹簧的长度L1、L2,如表所示.‎ ‎　　　钩码个数 弹簧长度　　　‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ L1/cm ‎30.00‎ ‎31.04‎ ‎32.05‎ ‎33.02‎ - 4 -‎ L2/cm ‎29.33‎ ‎29.65‎ ‎29.97‎ ‎30.30‎ ‎(1)已知重力加速度g=9.8 m/s2,要求尽可能多地利用测量数据,计算弹簧甲的劲度系数k=　　　　　N/m(结果保留2位有效数字). ‎ ‎(2)由表中数据　　　　　(选填“能”或“不能”)计算出弹簧乙的劲度系数. ‎ ‎4.[2020湖南永州模拟,6分]某同学尝试用电压表量度弹簧的拉力.他设计了如图1所示的实验装置,其中MN是一条长20 cm、电阻为20 Ω的均匀电阻丝.电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头P相连,上端连有接线柱.将电阻丝固定在竖直位置,当弹簧被拉长时,P可沿MN自由滑动.直流电源的电动势为4.5 V,内阻可忽略.将电阻箱的阻值设定为40 Ω,当拉力为零时,P刚好触及电阻丝的端点M,此时让接入的电压表读数为零.‎ ‎(1)为达到实验目的,请你帮他完成实物连线图;‎ ‎(2)当P触及端点N时,电压表的读数为　　　　　V; ‎ ‎(3)已知该弹簧的伸长量x与拉力F的关系图线如图2所示,则弹簧拉力F与电压表读数U的数学关系式为　　　　　. ‎ ‎5.[新角度,5分]某实验小组设计了如图甲所示的实验来探究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律,将不可伸长的轻绳通过测力计(不计质量及长度)固定在相距为D=1.6 m的两立柱上,固定点分别为P和Q,P低于Q,绳长为L=2 m,他们首先在绳上距离P点10 cm处(标记为C)系上质量为m的重物(不滑动),由测力计测出绳PC、QC的拉力大小TP和TQ.随后,改变重物悬挂点C的位置,每次将P到C点的距离增大10 cm,并读出测力计的示数,最后得到TP和TQ与绳长PC的关系曲线,如图乙所示,重力加速度为g=10 m/s2.‎ ‎(1)曲线Ⅰ为　　　　(选填“TP”或“TQ”)的曲线; ‎ ‎(2)从曲线上分析可知当C点两侧绳与竖直方向夹角相等时,绳子PC上的拉力为TP=　　　　,利用图象信息可求得重物质量为m=　　　　.(结果保留1位小数) ‎ - 4 -‎ 考点4　实验:探究弹力和弹簧伸长的关系 ‎1.200(2分)　5(2分)‎ 解析:根据胡克定律得F=k(l+h-l0)=kl+k(h-l0),结合题图(b)可得该弹簧的劲度系数k = ‎20‎‎0.1‎ N/m = 200 N/m,又k(h-l0)=20 N,解得弹簧的原长l0 = 5 cm.‎ ‎2.(1)6.93(6.91~6.95均正确)(2分)　(2)A(2分)　(3)钩码总重超出了弹簧的弹性限度(2分)‎ 解析:(1)题图乙的示数为14.66 cm,所以此时弹簧的伸长量为(14.66-7.73) cm=6.93 cm.‎ ‎(2)为了得到较多的数据点,应逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后弹簧的长度和钩码的总重,即A正确.‎ ‎(3)不遵循胡克定律,说明钩码总重超出了弹簧的弹性限度.‎ ‎3.(1)49(2分)　(2)能(2分)‎ 解析:(1)由题表中实验数据可知,每增加1个钩码,弹簧甲的平均伸长量约为1.01 cm,则弹簧甲的劲度系数k=ΔFΔx=mgΔx=‎50×1‎0‎‎-3‎×9.8‎‎1.01×1‎‎0‎‎-2‎ N/m≈49 N/m.‎ ‎(2)把弹簧甲和弹簧乙并联起来按题图2进行探究.由题表中数据可知,每增加1个钩码,并联后弹簧的平均伸长量约为0.32 cm,由mg=F甲+F乙=k甲Δx甲+k乙Δx乙,且Δx甲=Δx乙,可知弹簧乙的劲度系数能计算出来.‎ ‎4.(1)见解析图(2分)　(2)1.5(2分)　(3)F=‎80‎‎3‎U(2分)‎ 解析:(1)当拉力为零时,P刚好触及电阻丝的端点M,此时让接入的电压表读数为零,即整个电路中,MN相当于滑动变阻器,采用分压式接法,故连接图如图所示.‎ ‎(2)当P触及端点N时,电压表的读数即MN分得的电压,根据闭合串联电路的分压规律可知U0=ERMN‎+‎R电阻箱RMN=1.5 V.‎ - 4 -‎ ‎(3)由题图2可知,弹簧伸长量x与拉力F的数学关系式为x=0.5F,则弹簧伸长量为x时对应的接入电路的电阻丝的电阻大小与拉力F的数学关系式为r=x‎20‎×20=0.5F 根据闭合电路欧姆定律有U=ERMN‎+‎R电阻箱·r,解得F=‎80‎‎3‎U.‎ ‎5.(1)TQ(2分)　(2)4.3 N (1分)　0.5 kg(2分)‎ 解析:(1)设PC和QC与水平面的夹角分别为α和β ,由C点受力平衡可得TPcos α=TQcos β,开始时C点靠近P点,因α>β,则TPTQ=cosβcosα>1,即TP>TQ,结合两曲线左侧部分,Ⅰ曲线靠下,则为TQ的曲线.(2)由图线分析可知当C点两侧绳与竖直方向夹角相等时,两侧绳拉力大小相等,读出纵坐标为TP=TQ=4.3 N,延长QC线交另一立柱于一点,构成直角三角形,则cos α=DL=0.8,由力的平衡可知2TPsin α=mg,则m=‎2TPsinαg=0.5 kg.‎ - 4 -‎