2024年高考物理一輪大單元綜合復習導學練專題12探究彈簧彈力與形變量的關系導練目標導練內(nèi)容目標1教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理目標2新高考的改進創(chuàng)新實驗【知識導學與典例導練】教材經(jīng)典實驗方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理1.實驗目的：探究彈簧彈力與形變量的定量關系。2.實驗器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標紙。3.實驗原理：用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與彈簧伸長量間的關系。4.數(shù)據(jù)處理：（1）以彈力F為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,建立坐標系,選取合適的單位,用描點法作圖。用平滑的曲線連接各點,得到彈力F隨彈簧伸長量x變化的關系圖像。（2）以彈簧的伸長量為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù)等。（3）得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系,解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。5.誤差分析：（1）鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確以及畫圖時描點連線不準確等都會引起實驗誤差。（2）懸掛鉤碼數(shù)量過多,導致彈簧的形變量超出其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲。（3）水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,故圖像橫軸截距不為零。鉤碼個數(shù)12345彈力F/N0.51.01.52.02.5彈簧長度L/cm7.008.9510.9012.9514.88（1）試根據(jù)表格數(shù)據(jù)在圖乙中作出彈力F與彈簧長度L的關系圖像。（3）乙圖圖像與橫坐標L的交點坐標大于的原因是()A．實驗時彈簧伸長超出彈性限度范圍

B．彈簧自身重力影響（4）關于本實驗的操作，以下說法正確的是()A．彈簧被拉伸時，不能超出彈性限度范圍B．刻度尺量得的長度就是彈簧的伸長量C．不同硬度的彈簧，彈力與伸長量的比值不同D．若圖甲中刻度尺的0刻度未與彈簧上端對齊，會影響勁度系數(shù)的測新高考的改進創(chuàng)新實驗1.實驗方案的創(chuàng)新序號123450.700.831.081.271.514.513.802.972.482.090.2220.2630.3360.4030.478請完成下列問題：2.實驗器材的創(chuàng)新【例3】某同學發(fā)現(xiàn)在如圖所示的裝置中，更換不同的彈簧，電壓表的讀數(shù)也會隨之發(fā)生變化。故設計如下的實驗來測量裝置中彈簧的勁度系數(shù)：（1）當秤盤上不放物體時指針與金屬絲上端接觸，將此時電壓表的刻度標記為零。（2）放上質量為m的砝碼，指針隨秤盤同步下移的過程中，秤盤始終保持水平，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。穩(wěn)定后讀出此時電壓表的讀數(shù)U。（3）更換不同勁度系數(shù)的彈簧，重復上述實驗步驟，記錄下放上相同質量m的砝碼時，電壓表的讀數(shù)U。（4）已知金屬絲的總長度為l，重力加速度為g，電源電動勢為E，內(nèi)阻忽略不計，砝碼的質量為m，則電壓表示數(shù)U與彈簧的勁度系數(shù)k的關系為（用題目所給字母表示）。3.實驗目的的創(chuàng)新（1）在國際單位制中，彈性模量Y的單位應該是。（2）先利用刻度尺測量圓形橡皮筋的原長L=20.00cm，再利用螺旋測微器測量橡皮筋處于原長時的直徑D，如圖（b）所示，則mm。【綜合提升專練】1002003004005001.0251.0551.0801.1001.130（3）根據(jù)圖像算出彈簧的勁度系數(shù)為（保留一位小數(shù)），理論上圖像與橫軸交點的橫坐標為。（4）本實驗中，為了準確測量k值，測量時應將彈簧（填“豎直放置”或“水平放置”）。2．（1）下列情況會導致系統(tǒng)誤差的有A．利用單擺測重力加速度時，擺角超過B．測量物體質量時，天平兩臂不完全等長C．用光電門測瞬時速度時，遮光片較寬D．讀數(shù)時，對最小分度的后一位進行估讀（2）在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，某同學把兩根彈簧按如圖甲連接起來進行探究。①某次測量如圖乙所示，指針示數(shù)為cm。③這兩根彈簧串聯(lián)看成一整根彈簧，它的勁度系數(shù)與原來的勁度系數(shù)k有什么樣的關系？（寫出與、關系式）鉤碼數(shù)1234指針A示數(shù)/cm15.7119.7123.7027.70指針B示數(shù)/cm29.9635.9641.9547.95（1）在國際單位制中，彈性模量Y的單位應該是；A．N

B．m

C．N/m

D．Pa（3）作出橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的圖像，如圖乙所示，由圖像可知這種橡皮筋的彈性模量Y為（保留一位有效數(shù)字）。（2）彈簧原長為cm；（3）圖中黑點連線的斜率（用k、m、g表示）。5．某同學從廢舊的彈簧測力計上拆下彈簧，用它來做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”實驗。（1）在家中貼有瓷磚的墻面，用鉛垂線測量，發(fā)現(xiàn)瓷磚之間的豎縫是豎直的，將刻度尺平行于豎縫固定在墻面上，將彈簧掛在墻面的掛鉤上，并使刻度尺的零刻度與彈簧上端平齊，如圖甲所示；①初始時彈簧下端未掛槽碼，豎直彈簧的自然長度為=cm（結果保留2位有效數(shù)字）；②實驗中，若在測得圖乙中P點的數(shù)據(jù)（27.0cm，10.78N）后，取下彈簧下端懸掛的所有槽碼，則彈簧靜止時（選填“能”或“不能”）恢復到自然長度；③在彈簧彈力從0增大至17.64N的過程中，彈簧勁度系數(shù)變化情況是；（3）本次實驗的部分數(shù)據(jù)如下：槽碼個數(shù)n1234Fn（N）0.981.962.943.92Ln（cm）2.53.74.96.1彈簧伸長量xn=Ln2Ln（cm）2.42.4用逐差法計算彈簧的勁度系數(shù)k=N/m（結果保留2位有效數(shù)字）。6．在“探究彈簧彈力與形變量的關系”實驗中，（1）對于細線“靠”在定滑輪上而不是“繞過”定滑輪，下列說法正確的是；A．細線“靠”在定滑輪上是為了保持細線和彈簧均處于豎直狀態(tài)，以減小實驗誤差B．細線“靠”在定滑輪上是為了防止物塊離開彈簧上端C．細線不“繞過”定滑輪是為了減小摩擦力D．細線不“繞過”定滑輪是因為不需要定滑輪8．某同學利用圖（a）的裝置測量輕彈簧的勁度系數(shù)。圖中，光滑細桿和直尺水平固定在鐵架臺上，一輕彈簧穿在細桿上，其左端固定，右端與水平細繩連接；細繩跨過光滑定滑輪，其下端可以懸掛砝碼（實驗中，每個砝碼的質量均為m=50.0g），彈簧右端連有一豎直指針，其位置可在直尺上讀出，實驗步驟如下：①在繩下端掛上一個砝碼，調整滑輪，使彈簧與滑輪間的細線水平且彈簧與細桿沒有接觸；②系統(tǒng)靜止后，記錄砝碼的個數(shù)及指針的位置；③逐次增加砝碼個數(shù)，并重復步驟②（保持彈簧在彈性限度內(nèi)）；④用n表示砝碼的個數(shù)，l表示相應的指針位置，將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)。回答下列問題：（1）根據(jù)下表的實驗數(shù)據(jù)在圖（b）中描點并作出nl圖像；()n12345l/cm10.4810.9611.4511.9512.40（2）彈簧的勁度系數(shù)k可用砝碼質量m、重力加速度大小g及nl圖線的斜率a表示，表達式為k=；若g取9.80m/s2，則本實驗中k=N/m（該計算結果保留3位有效數(shù)字）。（1）根據(jù)測量數(shù)據(jù)，該彈簧的勁度系數(shù)是（保留三位有效數(shù)字）；（2）圖線不過原點的原因是；（3）實驗時該同學所用鉤碼有的已經(jīng)被磨損，它測出來彈簧的勁度系數(shù)與實際值相比（填“偏大”“相等”或“偏小”）。10．2020年12月8日，中尼兩國共同宣布了珠穆朗瑪峰的最新高度為海拔8848.86米，此次珠峰高度測量實現(xiàn)了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)首次應用、首次實測珠峰峰頂重力值等多項第一。同時，雪深探測雷達、重力儀、超長距離測距儀等一大批國產(chǎn)現(xiàn)代測量設備紛紛亮相。重力儀的內(nèi)部包含了由彈簧組成的靜力平衡系統(tǒng)。為測量某彈簧勁度系數(shù)，某探究小組設計了如下實驗，實驗裝置如下圖(1)圖(2)所示，角度傳感器與可轉動“T”形螺桿相連，“T”形螺桿上套有螺母，螺母上固定有一個力傳感器，力傳感器套在左右兩個固定的套桿（圖2中未畫出）上，彈簧的一端掛在力傳感器下端掛鉤上，另一端與鐵架臺底座的固定點相連。當角度傳感器頂端轉盤帶動“T”形螺桿轉動時，力傳感器會隨著“T”形螺桿旋轉而上下平移，彈簧長度也隨之發(fā)生變化。(1)已知“T”形螺桿的螺紋間距d=4.0×103m，當其旋轉300°時，力傳感器在豎直方向移動m。（結果保留2位有效數(shù)字）(2)該探究小組操作步驟如下：①旋轉螺桿使初狀態(tài)彈簧長度大于原長。②記錄初狀態(tài)力傳感器示數(shù)F0以及角度傳感器示數(shù)θ0.③旋轉“T”形螺桿使彈簧長度增加，待穩(wěn)定后，記錄力傳感器示數(shù)F1，其增加值△F1=F1F0；角度傳感器示數(shù)θ1，其增加值△θ1=θ1θ0。④多次旋轉“T”形螺桿，重復步驟③的操作，在表格中記錄多組△F、△θ值：序號△F（單