主题二“弹簧、橡皮条”类实验

主题二

“弹簧、橡皮条”类实验主题精要归纳

1．探究弹簧弹力与形变量的关系(1)实验中不能挂过多的钩码，防止弹簧超过弹性限度。(2)画图像时，不要连成“折线”，而应尽量让坐标点落在直线上或均匀分布在直线两侧。2．探究两个互成角度的力的合成规律(1)每次拉伸结点位置O必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。(3)画力的图示时应选择适当的标度。实验(一)测量弹簧的劲度系数1．(2023·赤峰高三模拟)某同学利用如图甲所示的装置测量弹簧的劲度系数。其中支架带有游标卡尺，游标卡尺(带固定的指针)主尺通过支架水平固定。一弹簧穿在细杆上，左端固定，右端与细绳连接，细绳跨过定滑轮，其下端可以悬挂若干质量均为50g的钩码。弹簧右端连有一竖直指针，所在位置可通过游标卡尺读出。实验步骤如下：[逐点验收评价](1)在绳下端悬挂一个钩码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细绳水平且弹簧与细杆没有接触，调整游标卡尺，使指针与弹簧右端指针对齐。游标卡尺读数如图乙所示，为________mm。(2)逐次增加钩码个数，并重复步骤(1)(保持弹簧在弹性限度内)。(3)用n表示钩码的个数，L表示相应的指针位置，将获得的数据记录在表格内。n12345m/g50100150200250重力G/N0.490.981.471.962.45L/mm

73.583.293.1102.9(4)根据上表的实验数据在图丙中补齐数据点并作出F-L图像，得弹簧的劲度系数k＝________N/m。(结果保留2位有效数字)解析：(1)游标卡尺主尺读数为63mm，游标尺读数为7×0.1mm＝0.7mm，则游标卡尺读数为63.7mm。答案：(1)63.7

(4)见解析图50[细节提醒](1)弹簧水平放置，可以消除弹簧重力对实验结果的影响。(2)游标卡尺的读数并不表示弹簧的伸长量，但F-L图线的斜率仍为弹簧的劲度系数大小。

2．(2023·银川高三模拟)如图甲所示，有两条长度不同的弹性绳都遵循胡克定律。两绳上端固定在同一位置，下端系在一个轻质钩上，不缠绕时绳1的长度比绳2的短，绳1自然伸长时，绳2处于松弛状态。每个钩码质量为100g，当地的重力加速度为g＝9.8m/s2。现测量这两条弹性绳的劲度系数，进行以下操作：实验(二)测量弹性绳的劲度系数①测量绳1自然伸长时的长度L10＝20.00cm；②下端逐个加挂钩码，测量绳1的长度L，并记录对应钩码数量n，两条弹性绳一直处于弹性限度内；③在坐标纸上建立坐标系，以L为纵轴，以所挂钩码数量n为横轴，描出部分数据如图乙所示；④根据图像求出弹性绳1、2的劲度系数k1、k2。(1)加挂第________个钩码，弹性绳2开始绷紧；(2)弹性绳1、2的劲度系数分别为k1＝________N/m，k2＝________N/m。(均保留1位小数)解析：(1)弹性绳2绷紧前，根据胡克定律有nmg＝k1(L－L10)，弹性绳2绷紧后，同理有nmg＝k1(L－L10)＋k2(L－L20)＝(k1＋k2)L－k1L10－k2L20，比较以上两式可知，弹性绳2绷紧前相邻两数据点连线的斜率应比绷紧后大，由题图乙可知加挂第2个钩码，弹性绳2开始绷紧。答案：(1)2

(2)2.5

17.13．(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：①用图钉将白纸固定在水平木板上。实验(三)验证力的平行四边形定则②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________。(多选，填正确答案标号)A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。⑤比较F′和F的________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。解析：②用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选C、D。③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到标记位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。⑤比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。答案：②CD③标记位置⑤大小和方向4．在“验证力的平行四边形定则”实验中，有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一个弹簧测力计。(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数。他通过实验得到如图甲所示的弹力大小F与弹簧伸长量x的关系图像，由此图像求得该弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留2位有效数字)。(2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图乙所示，其读数为________N；同时利用上一问中的结果获得弹簧上的弹力为2.50N，请在图丙中画出这两个共点力的合力F合，由图得到F合＝________N(保留3位有效数字)。(3)已知OB与OC的夹角略大于90°，若保持结点O的位置及OC方向不变，而将弹簧OB顺时针缓慢转动一小角度，其他操作均正确，则________。A．弹簧的长度可能先变长后变短B．弹簧的长度可能先变短后变长C．弹簧测力计的示数一直增大D．弹簧测力计的示数可能先减小后增大(2)此题中弹簧测力计的最小刻度是0.1N，需要估读到最小刻度的下一位，即要估读到0.01N，因此弹簧测力计读数为1.90N；选定一个标度，先作出两个分力的力的图示，再以两分力为边，利用三角板作出平行四边形，如图(a)所示。量出经过两分力起点的对角线的长度，根据标度可计算出合力大小约为3.00N。(3)画力的矢量三角形，如图(b)所示，动态分析如下：由于O点位置保持不变，合力的大小方向均不变，OC方向不变，OB顺时针转动一小角度，由图可知弹簧测力计的读数变大，弹簧的弹力也变大，所以弹簧的长度一直在变长，故C正确。答案：(1)55(54～56均可)

(2)1.90(