专题2.8探究弹力与弹簧伸长的关系（有解析） --2024高考模拟题汇编

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2024高考物理模拟题分类解析
第二部分 相互作用
专题2.8 探究弹力与弹簧伸长的关系
1 （2024安徽皖江名校4月联考）实验小组利用图甲所示装置探究弹力与弹簧形变量的关系。重物放在水平放置的电子秤上面，轻质弹簧一端与重物相连，另一端与跨过处于同一水平高度的两个光滑定滑轮的细线的端相连，调整滑轮1的位置，使其下方的细线处于竖直状态。初始时，细线各部分均伸直但无张力，滑轮2的右侧竖直固定一刻度尺，调整刻度尺的高度，使其零刻度线恰与细线端点对齐。现缓慢竖直向下拉端点，分别记录端点移动的距离及对应的电子秤的示数，如下表所示。
5 10 15 20 25 30
3.5 3.0 2.4 2.0 1.5 1.0
（1）以电子秤的示数为纵轴，端点移动的距离为横轴建立的坐标系，如图乙所示，请在坐标系中描点画出图像。
图甲 图乙
（2）小组查得当地的重力加速度，据画出的图像可以求得弹簧的劲度系数______（结果取整数），重物的质量______（结果保留一位小数）。
（3）若拉动端点时偏离了竖直方向，则弹簧劲度系数的测量值与其真实值相比将______（填“偏大”“偏小”或“相等”）。
【参考答案】（1）图见解析 （2）98（96～100之间均可） 4.0 （3）偏大
【名师解析】（1）描点拟合图线，如图所示。
（2）设重物的质量为，对重物，有，即有，结合作出的图像，可有，，则弹簧的劲度系数。（96～100之间均可）
（3）由可得，若拉动端点时偏离了竖直方向，则弹簧伸长量的测量值偏小，故弹簧劲度系数的测量值比其真实值偏大。
2. . (2024江西赣州3月质检)某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图甲所示的实验装置。
（1）在实验中，以下说法正确的是_________。（填正确答案标号）
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
（2）如图乙所示，是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图，由图可知，弹簧的劲度系数是_________。
（3）该同学用此弹簧制作成一把弹簧秤，丙图所示为某次测力时的弹簧秤示意图，指针位置表示力的大小为_________N。
【参考答案】 ①. AB##BA ②. 300 ③. 1.73##1.74##1.75##1.76##1.77
【名师解析】
（1）[1]A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A正确；
B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读数，故B正确；
C．弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，伸长量等于弹簧的长度减去原长，故C错误；
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出弹力与形变量成正比，故D错误。
故选AB。
（2）[2]根据胡克定律
可知图像的斜率大小等于劲度系数大小，由图像求出劲度系数为
（3）[3]弹簧测力计的最小分度值为0.1N，指针在1.7与1.8之间，故读数为1.75N。
3. （2024湖南长沙高三适应性考试）某同学采用图甲所示装置探究“弹簧弹力与伸长量的关系”，安装好实验装置，让刻度尺与弹簧平行放置，弹簧下端连有水平指针。实验时，在弹簧下端逐个加挂钩码，静止时，记下钩码个数及指针所指刻度，填入表格如下。
1 2 3 4 5 6
25.85 27.84 29.65 31.78 33.9 36.02
请回答下列问题∶
（1）表中有一个数值记录不规范，这是挂______个钩码时的读数；
（2）为减小误差，采用逐差法计算弹簧伸长量。利用计算弹簧的伸长量∶，伸长量的平均值______cm；
（3）实验中，每个钩码的质量均为，g取，该弹簧的劲度系数为______（结果保留3位有效数字）；
（4）图乙是同学根据另一次实验数据描绘的弹簧的伸长量与弹力的关系图线，图线的段明显偏离直线，造成这种现象的主要原因是______。
【参考答案】 ①. 5 ②. 6.12 ③. 24.0 ④. 所挂钩码过多，导致弹簧超过了弹性限度
【名师解析】
（1）[1]根据表格中数据可知，刻度尺的精度为0.1cm，读数时，若单位为cm，则需要保留两位小数，可知，表中有一个数值记录不规范，这是挂5个钩码时的读数.
（2）[2]伸长量的平均值
（3）[3]结合上述，采用逐差法计算弹簧伸长量。计算弹簧的伸长量是利用表达式
可知，该伸长量对应的弹力等于三个钩码的重力，根据胡克定律有
结合上述解得
（4）[4]图线的段明显偏离直线，造成这种现象的主要原因是所挂钩码过多，导致弹簧超过了弹性限度。
4 （2024浙江绍兴市期末）．Ⅱ．如图乙所示，在铁架台的水平横杆上等间距的悬挂五根完全相同的弹簧，依次在弹簧下端悬挂1、2、3、4、5个钩码，发现弹簧末端近似在一条倾斜直线上．以下结论正确的是___________．
A．弹簧弹力与弹簧长度成正比
B．倾斜直线越陡表示该弹簧抗拒形变的“本领”越小
C．换一组更“硬”的弹簧，直线的倾斜程度更平缓
D．按照上述规律不断增加弹簧和钩码，各弹簧末端一定都在此倾斜直线附近
【参考答案】 BC
【名师解析】[4]根据题意，以不挂钩码的弹簧为原点，建立坐标系，如图所示
可知，表示弹簧的形变量，设等间距为，倾斜直线与轴夹角为，由图可知，当挂1个钩码时，形变量为，当挂2个钩码时，形变量为，，当挂5个钩码时，形变量为，
综上所述可知，弹簧弹力与弹簧形变量成正比，故A错误；
综上所述有
可得
可知，倾斜直线越陡，劲度系数越小，表示该弹簧抗拒形变的“本领”越小，换一组更“硬”的弹簧，即大，则越小，直线的倾斜程度更平缓，故BC正确；
D．按照上述规律不断增加弹簧和钩码，当超过弹簧的弹性限度时，弹簧末端不在此倾斜直线附近，故D错误。
5. （2024河北金科1月大联考某同学用如图甲所示装置做“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”实验。
（1）在实验装置中，弹簧a悬挂，刻度尺保持竖直，为了便于直接读出弹簧a的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧a的________（填“上端”或“下端”）对齐；不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图乙所示，则弹簧a的原长L0=________cm。
（2）悬挂钩码并改变钩码的个数，算出每次悬挂钩码的重力作为弹簧a的弹力F，根据弹簧a的长度结合原长算出每次弹簧a的伸长量x，根据记录的多组数据F及x，在直角坐标系中描点作出的F-x图像如图丙所示，根据图像求得弹簧a的劲度系数为k=________N/m（保留2位有效数字）
（3）换一个弹簧b重新实验，同样作出F-x图像，发现图像末端出现了弯曲，其原因是：________。
【参考答案】 ①. 上端 ②. 10.90 ③. 54 ④. 超出了弹簧b的弹性限度
【名师解析】
（1）[1]为了便于直接读出弹簧的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧的上端对齐；
[2]由乙图可得，刻度尺的分度值为1mm，则弹簧的原长为
L0=10.90cm
（2）[3]根据F-x图像可得该弹簧的劲度系数为
（3）[4]图像出现弯曲说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量不再成正比，原因是弹簧超出了弹性限度。
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