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实验二探究弹簧弹力与形变量的关系

(分值:40分)

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1.(6分)(2024·河北邯郸模拟)某实验小组用压力传感器设计测量弹簧劲度系数的实验方案。如图所示,压力传感器放在水平地面上,一轻质弹簧下端与重物连接,上端与跨过定滑轮的轻绳连接,轻绳的另一端连着托盘。托盘中不放砝码时,传感器读数为F0,在托盘中放置n(n=0,1,2,3,4,5)个砝码,对应弹簧长度的变化量为xn,传感器的读数为Fn,记录下相应的数据。

(1)数据处理时采用画F-x图像的方法,试分析该图像(选填“过”或“不过”)坐标原点,该图像的可表示弹簧的劲度系数。?

(2)滑轮的摩擦力对实验结果(选填“产生”或“不产生”)影响。?

2.(6分)在探究弹力和弹簧伸长的关系时,某同学先按图(a)所示对弹簧甲进行探究,然后把等长的弹簧乙(直径小于甲)套在弹簧甲内,两弹簧悬挂在同一点按图(b)所示进行探究。在弹性限度内,将质量m=50g的钩码逐个挂在弹簧下端,测得图(a)、图(b)中弹簧的长度L1、L2如下表所示。

已知重力加速度g=9.8m/s2,计算弹簧甲的劲度系数k1=N/m(3分),弹簧乙的劲度系数k2=N/m(3分)(结果保留3位有效数字)。?

钩码个数

1

2

3

4

L1/cm

30.02

31.02

32.02

33.02

L2/cm

29.33

29.65

29.97

30.29

3.(10分)(2025·河南信阳模拟)某同学用如图甲所示实验装置“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”,实验时将弹簧a上端固定在铁架台的横杆上,弹簧a的右侧固定一刻度尺,记录不挂钩码时弹簧a的长度l0,在弹簧a下端悬挂不同质量的钩码,记录每次实验钩码的质量m及对应的弹簧a的长度l,重力加速度g取9.8m/s2。

(1)由x=l-l0求出每次弹簧a的伸长量x,根据测量数据作出x-m图像,如图乙所示中的图线A。由图线A可得弹簧a的劲度系数k=N/m(结果保留2位有效数字)。由图像可以得出的结论是?

。?

(2)该同学再用弹簧b重做实验,得到的x-m图像如图乙所示中的图线B,由图像可知,弹簧b的劲度系数(选填“大于”“等于”或“小于”)弹簧a的劲度系数。若继续增大悬挂钩码的质量,测得的数值绘出的图像发现向上弯曲,其原因是?

。?

(3)若将a、b弹簧首尾相连串接在一起后悬挂在铁架台的横杆上,在最下端悬挂50g的钩码,则稳定后,两根弹簧的总伸长量为cm。?

4.(10分)(2025·海南海口模拟)在探究弹力与弹簧伸长量的关系、并测定弹簧的劲度系数的实验中,实验装置如图所示,所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。

(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中,请作出F-L图线(2分)。

(2)由此图线可得出的结论是(1分),该弹簧的原长为L0=cm(1分),劲度系数k=N/m。?

(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)(2分)。

(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,

优点在于:(1分);?

缺点在于:(1分)。?

5.(8分)小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图(a)所示的实验装置,测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下:

(1)查找资料,得知每枚硬币的质量为6.05g。

(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度l,记录数据如下表:

序号

1

2

3

4

5

硬币数

量n/枚

5

10

15

20

25

长度l/cm

10.51

12.02

13.54

15.05

16.56

(3)根据表中数据在图(b)上描点,绘制图线(2分)。

(4)取出全部硬币,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示,此时橡皮筋的长度为cm。?

(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为g(4分)(计算结果保留3位有效数字)。?