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1、2020屆高三物理總復(fù)習(xí)精品課時作業(yè)
第9講 實驗:探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系
1.如圖甲所示,一個彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連.當(dāng)對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時,在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關(guān)系圖象,如圖乙所示.則下列判斷正確的是( )
A.彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比
B.彈力增加量與對應(yīng)的彈簧長度的增加量成正比
C.該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/m
D.該彈簧受到反向壓力時,勁度系數(shù)不變
【解析】由圖乙知,F(xiàn)-x是一個過原點的直線,k= N/m=200 N/m,可知選項A錯誤,B、C、D正確.
【答案】BCD
2.某同
2、學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗時,將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂,測出其自然長度;然后在其下部施加外力F,測出彈簧的總長度L,改變外力F的大小,測出幾組數(shù)據(jù),作出外力F與彈簧總長度L的關(guān)系圖線如圖所示.若實驗過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進行的,由圖可知該彈簧的自然長度為______cm;該彈簧的勁度系數(shù)為______N/m.
【解析】當(dāng)外力F=0時,彈簧的長度即原長L0=10 cm,圖線的斜率就是彈簧的勁度系數(shù),即k=×102 N/m=50 N/m.
【答案】10 50
3.某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中,利用所學(xué)的知識解決了如下問題:一輕彈簧豎直懸掛于某一深度h=25.0 cm,且開
3、口向下的小筒中(沒有外力作用時彈簧的下部分位于筒內(nèi),但測力計可以同彈簧的下端接觸),如圖甲所示.如果本實驗的長度測量工具只能測量出筒的下端彈簧的長度l,現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù),該同學(xué)通過改變l而測出對應(yīng)的彈力F,作出F-l變化的圖線如圖乙所示,則彈簧的勁度系數(shù)為________N/m,彈簧的原長l0= .
【解析】根據(jù)胡克定律得F=k(h+l-l0)=kl+k(h-l0),從圖中知道當(dāng)l=0時,F(xiàn)=10 N;當(dāng)l=10 cm時,F(xiàn)=20 N;將其代入方程聯(lián)立解得k=100 N/m,l0=15.0 cm.
【答案】100 15.0 cm
4.用如圖甲所示的裝置測
4、定彈簧的勁度系數(shù),被測彈簧一端固定于A點,另一端B用細繩繞過定滑輪掛鉤碼,旁邊豎直固定一最小刻度為mm的刻度尺,當(dāng)掛2個鉤碼時,繩上一定點P對應(yīng)刻度如圖乙中ab虛線所示,再增加一個鉤碼后,P點對應(yīng)刻度如圖乙中cd虛線所示.已知每個鉤碼的質(zhì)量為50 g,重力加速度g=9.8 m/s2,則被測彈簧的勁度系數(shù)為__________N/m.掛3個鉤碼時彈簧的形變量為________cm.
【解析】對鉤碼進行受力分析,根據(jù)平衡條件和胡克定律,得:
2mg=k(l-l0)
3mg=k(l′-l0)
則k== N/m=70 N/m
掛3個鉤碼時,可列方程
(m+m+m)g=k·Δx′
5、解得:Δx′== m=2.10 cm.
【答案】70 2.10
5.橡皮筋也像彈簧一樣,在彈性限度內(nèi),伸長量x與彈力F成正比,即F=kx,k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān),理論與實踐都表明k=Y(jié),其中Y是一個由材料決定的常數(shù),材料力學(xué)上稱之為楊氏模量.
(1)在國際單位制中,楊氏模量Y的單位應(yīng)該是________.
A.N B.m C.N/m D.Pa
(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋,應(yīng)用如圖甲所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y的值.首先利用測量工具a測得橡皮筋的長度L=20.00 cm,利用測量工具b測得橡皮筋未受到拉力時的直徑D=4.
6、000 mm,那么測量工具a應(yīng)該是________,測量工具b應(yīng)該是________.
(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F與伸長量x的實驗記錄.
拉力F/N
5
10
15
20
25
伸長量x/cm
1.6
3.2
4.7
6.4
8.0
請在圖乙所示的坐標紙上作出F-x圖象,由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k=____N/m.
(4)這種橡皮筋的Y值等于______.
【解析】(1)在彈性限度內(nèi),彈力F與伸長量x成正比,F(xiàn)=kx,又根據(jù)題意可知,k=
則F=kx=Y(jié)x
得出楊氏模量Y=
各物理量取國際單位得楊氏模量的單位是N/m2=Pa,選項D正確
7、.
(2)根據(jù)精確度判斷可知a為毫米刻度尺,b為螺旋測微器.
(3)根據(jù)表格數(shù)據(jù),描點、連線,可得F-x圖象如圖丙所示.根據(jù)斜率的物量意義表示勁度系數(shù)k,可知k=≈3.1×102 N/m.
(4)根據(jù)Y=求得Y≈5×106 Pa.
【答案】(1)D (2)毫米刻度尺 螺旋測微器 (3)如圖丙所示 3.1×102 (4)5×106 Pa
6.17世紀英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn):在彈性限度內(nèi),彈簧的形變量與彈力成正比,這就是著名的胡克定律.受此啟發(fā),一學(xué)習(xí)小組同學(xué)研究“金屬線材伸長量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下:
A.有同學(xué)認為:橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi),其伸長量與拉力成
8、正比,與截面半徑成反比.
B.他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象,用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律,以驗證假設(shè).
C.通過實驗取得如下數(shù)據(jù):
長度
拉
力
伸
長
直
徑
250 N
500 N
750 N
1000 N
1 m
2.52 mm
0.4 mm
0.8 mm
1.2 mm
1.6 mm
2 m
2.52 mm
0.8 mm
1.6 mm
2.4 mm
3.2 mm
1 m
3.57 mm
0.2 mm
0.4 mm
0.6 mm
0.8 m
9、m
D.同學(xué)們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后,對他們的假設(shè)進行了補充完善.
(1)上述科學(xué)探究活動中,屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________.
(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否完全正確?若有錯誤或不足,請給予修正.
【解析】確定研究對象,選取實驗器材屬“制定計劃”;實驗過程和測量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”.研究伸長量x與拉力F、長度L、直徑D的關(guān)系時,采用控制變量法,比如長度、直徑不變,再研究伸長量與力的關(guān)系,這種方法稱為控制變量法.這是物理實驗中的一個重要研究方法.
【答案】(1)B C (2)他們的假設(shè)不完全正確.在彈性限度內(nèi),金屬絲(桿)的伸長量與拉力成正比,與截面半徑的平方成反比,還與金屬絲(桿)的長度成正比.