2020版高考物理一轮复习全程训练计划课练7实验:探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系验证力的平行四边形定则含解析.pdf
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1、实验 : 探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系 验证力的平行四边形定则实验 : 探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系 验证力的平行四边形定则 小题狂练 小题是基础 练小题 提分快 1.2019湖北省黄冈模拟某同学在“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 关系的图象如图 2 所示,取g10 m/s2.回答下列问题 (1)某次测量如图 1 所示,指针指示的刻度值为_cm(刻度尺单位为:cm); (2)从图 2 可求得该弹簧的劲度系数为_N/m
2、(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实验中未考虑小盘的重力 B刻度尺零刻度线未与弹簧上端对齐 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xm图线计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分数据 答案:(1)18.00 (2)24 (3)BC 解析:(1)刻度尺的最小分度为 0.1 cm,故读数为 18.00 cm;(2)由题图可知,图象的斜 率为 图象斜率的倒数为弹簧的劲度系数,故k N/m24 N/m;(3)本实验中可 g k 8 0.490.15 采用图象进行处理,故小盘的重力可以不考虑,A 正确;读数开始时刻度尺的零刻度
3、线应与 弹簧上端对齐, 才能准确测量, B 错误 ; 在读指针的位置时, 应让弹簧指针静止之后再读取, C 错误;当超出弹性限度时,图线将变成曲线,不再符合胡克定律,故应舍去,D 正确 22019河南省焦作市博爱一中检测某同学要探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹 簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上然后将最小刻度是毫米的刻 度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上,当弹簧自然下垂时,指 针指示的刻度值记作l0, 弹簧下端每增加一个 50 g 的砝码时, 指针示数分别记作l1、l2、 l5,g取 9.8 m/s2. (1)下表记录的是该同学测出的 5 个值,其中
4、l0未记录. 代表符号l0l1l2l3l4l5 刻度值/cm3.405.106.858.6010.30 以砝码的数目n为纵轴,以弹簧的长度l为横轴,根据表格中的数据,在如图所示坐标 纸中作出nl图线; (2)根据nl图线,可知弹簧的劲度系数k_N/m;(保留两位有效数字) (3)根据nl图线,可知弹簧的原长l0_ cm. 答案:(1)如图所示 (2)28 (3)1.70(1.651.75 均可) 解析 : (1)根据表中数据采用描点法得出对应的图象如上图所示 ; (2)充分利用测量数据, 弹簧弹力与伸长量 x之间的关系图象的斜率代表弹簧的劲度系数:k28 N/m;(3) F x 图象与横轴的交
5、点的横坐标为弹簧的原长,故由图可知,原长约为 1.70 cm. 32019安徽省滁州模拟在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,小明同学 用甲、 乙两根规格不同的弹簧进行实验, 由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关 系如图 a 所示, 由图求得弹簧乙的劲度系数为_N/m.若要在两根弹簧中选用一根来制 作精确程度较高的弹簧秤, 应选弹簧_; 用制作好的弹簧秤来测量物体的重力, 如图 b 所示,物体重_N. 答案:200 甲 4.0 解析 : 注意该图象中纵坐标为伸长量,横坐标为拉力,斜率的倒数为劲度系数,由此可 求出k乙 N/m200 N/m, 由于甲的劲度系数小, 因此其精度高 若要
6、在两根弹簧 5.00 0.0250 中选用一根来制作精确程度较高的弹簧秤, 应选弹簧甲 用制作好的弹簧秤来测量物体的重 力,物体的重力为 4.0 N. 4 2019江西师范大学附属中学模拟橡皮筋也像弹簧一样, 在弹性限度内, 伸长量x 与弹力F成正比,即Fkx,k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关,理 论与实践都表明kY,其中Y是一个由材料决定的常数,材料力学上称之为杨氏模量 S L (1)在国际单位制中,杨氏模量Y的单位应该是_ AN Bm CN/m DPa (2)有一段横截面是圆形的橡皮筋,应用如图甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模 量Y的值首先利用刻度尺测得橡皮筋未受到拉
7、力时的长度L20.00 cm,利用测量工具a 测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm,那么测量工具a应该是_ (3)作出橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的关系图象如图乙所示,由图象可求得该橡皮 筋的劲度系数k_ N/m. (4)这种橡皮筋的Y值等于_(Y的数值保留一位有效数字) 答案:(1)D (2)螺旋测微器 (3)312.5 (4)5106 Pa 解析 : (1)根据表达式kY,得Y,已知k的单位是 N/m,L的单位是 m,S的单位 S L kL S 是 m2,所以Y的单位是 N/m2,也就是 Pa,D 正确(2)测得橡皮筋的长度L用毫米刻度尺, 由读数精确到 0.001 mm 可知测
8、量橡皮筋未受到拉力时的直径用螺旋测微器(3)根据Fkx 可知,图象的斜率大小等于劲度系数大小,由图象求出劲度系数为k N/m312.5 25 0.08 N/m.(4)根据Y,可得YPa5106 Pa. kL S kL S 312.5 0.2 (0.004 2) 2 52019宁夏育才中学调研某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时,主要步 骤是: A在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上; B用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳 的另一端系着绳套; C用两个弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一 位置
9、O,记下O点的位置,读出两弹簧秤的示数; D按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两弹簧秤的拉力F1和F2的图示,并用平行四边 形定则求出合力F; E 只用一弹簧秤, 通过细绳套拉橡皮条使其伸长, 读出弹簧秤的示数, 记下细绳的方向, 按同一标度作出这个力F的图示; F比较力F和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论 上述步骤中: (1)有重要遗漏的步骤的序号是_和_; (2)遗漏的内容分别是_和_ 答案:(1)C E (2)C 中未记下两条细绳的方向 E 中未说明把橡皮条的结点拉到了同 一位置O 解析:根据验证力的平行四边形定则的操作规程可知,有重要遗漏的步骤序号是 C、E; 在 C 中未记下两
10、条绳的方向,而在 E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O. 6 2019四川省成都七中模拟“验证力的平行四边形定则” 的实验情况如图甲所示, 其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳图乙和图丙是在 白纸上根据实验结果画出的力的示意图 (1)如果没有操作失误,图乙中的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是_ (2)本实验采用的科学方法是_ A理想实验法 B等效替代法 C控制变量法 D建立物理模型法 (3)某次实验结果如图丙, 图中和分别是F1和F2与AO延长线所成的角度, 且 90.保持F1大小不变, 逐渐增大直到 90, 为保证O点位置不变, 则在此过程中F2
11、和的大小应_ AF2一直增大,一直增大 BF2先增大后减小,一直增大 CF2一直增大,先增大后减小 DF2先增大后减小,先减小后增大 答案:(1)F (2)B (3)C 解析:(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值,而F是通过一弹簧秤沿AO方向拉 橡皮条,使橡皮条伸长到O点,使得一弹簧秤的拉力与两弹簧秤的拉力效果相同,测量出的 是合力,故方向一定沿AO方向的是F.(2)本实验采用的是等效替代法,B正确(3)由题 意可知 : 保持结点位置不动,即合力大小方向不变,F1大小不变,根据力的平行四边形定则 画出受力分析如图所示, 所以由图可知逐渐变大, 即由图中的1到2再到3位置的过程中, F2一直
12、增大,而先增大后减小,C 正确 72019安徽省皖南八校第一次联考某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验 过程中, 他先将橡皮条的一端固定在水平木板上, 另一端系上带有绳套的两根细绳, 实验时, 需要两次拉伸橡皮条, 一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条, 另一次是用一 个弹簧秤通过细绳拉橡皮条 (1)关于两次拉伸橡皮条,下列说法正确的是_ A两次拉伸橡皮条,只要保证橡皮条的形变量相同即可 B两次拉伸橡皮条后,只需要记录弹簧秤的读数 C拉伸橡皮条的过程,弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 D用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时,细绳的夹角越大越好 (2)某次用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮
13、条,最后读数时,弹簧秤的示数如图 1 所示, 则甲弹簧秤的示数为_N, 乙弹簧秤的示数为_N, 将测得的数值在如图 2 所示 的坐标纸上根据所给的标度, 作出两个力的图示(两个力的方向已确定), 并从理论上得到两 个力的合力F_N. 答案:(1)C (2)2.5 4.0 如图所示 5.0(4.95.1 均可) 解析:(1)两次拉伸橡皮条,不仅要保证橡皮条的形变量相同,还要保证将橡皮条与绳 的结点拉到同一点,A 错误;两次拉伸橡皮条后,不仅需要记录弹簧秤的读数,还要记录拉 绳的方向,B 错误;拉伸橡皮条的过程,要减小测拉力的误差,弹簧秤、细绳、橡皮条都应 与木板平行,C 正确;用两个弹簧秤互成角
14、度地拉橡皮条时,细绳的夹角不能太大,也不能 太小,D 错误(2)由于弹簧秤的最小分度值为 0.2 N,因此两个弹簧秤的读数分别为 2.5 N 和 4.0 N,作出力的平行四边形,得到合力的理论值F5.0 N. 82019甘肃省会宁县一中诊断某物理小组想要探究弹力和弹簧伸长的关系,并测 量弹簧的劲度系数 做法是先将弹簧的一端固定在铁架台上, 然后将最小刻度是毫米的刻度 尺竖直放在弹簧的一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上当弹簧自然下垂时,将 指针指示的刻度值记作L0;弹簧下端挂一个 50 g 的砝码时,指针指示的刻度值记作L1;弹 簧下端挂两个 50 g 的砝码时,指针指示的刻度值记作L2
15、;挂七个 50 g 的砝码时,指针 指示的刻度值记作L7.测量记录如下表: 代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7 刻度值/cm1.703.405.108.6010.3012.10 (1)实验中,L3和L7两个值还没有记录,请你根据如图所示的指针位置将这两个测量值 依次写出:_,_; (2)为了充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差分别计算出 三个差值 :d1L4L06.90 cm,d2L5L16.90 cm,d3L6L27.00 cm, 请你给出第 4 个差值d4_cm: (3)根据以上差值,可以计算出每增加 50 g 砝码的弹簧平均伸长量 L,则 L _;(用d1、d2
16、、d3、d4表示) (4)计算弹簧的劲度系数k_N/m.(g取 9.8 m/s2) 答案:(1)6.85 14.05 (2)L7L3 7.20 (3) (4)28 d1d2d3d4 4 4 解析 : (1)刻度尺的最小分度值为 1 mm, 所以L36.85 cm,L714.05 cm; (2)根据题意 :d4 L7L314.05 cm6.85 cm7.20 cm; (3)因为d1L4L04L,d2L5L14L,d3 L6L24L,d4L7L34L,所以 : L; (4)充分利用测量数据得k d1d2d3d4 4 4 F L 4 4F d1d2d3d4 N/m28 N/m. 4 4 50 103
17、 9.8 6.906.907.007.20 102 92019广东省深圳中学摸底某实验小组用一弹簧测力计和一量角器等器材验证力 的平行四边形定则,设计了如图所示的实验装置,固定在竖直木板上的量角器的直边水平, 橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处,另一端系绳套 1 和绳套 2. (1)主要实验步骤如下: .弹簧测力计挂在绳套 1 上,竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O处,记下弹 簧测力计的示数F; .弹簧测力计挂在绳套 1 上, 手拉着绳套 2, 缓慢拉橡皮筋, 使橡皮筋的结点到达O处, 此时绳套 1 沿 0方向,绳套 2 沿 120方向,记下弹簧测力计的示数F1; .根据力的平行
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