2019高考物理一輪復習 第二章 相互作用 第18講 實驗：探究彈力和彈簧伸長的關系加練半小時 教科版

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1、 第18講 實驗：探究彈力和彈簧伸長的關系 [方法點撥]　(1)實驗原理：二力平衡．(2)數(shù)據(jù)處理：圖像法． 1．(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L關系實驗時得到如圖1甲所示的F－L圖像．由圖像可知：彈簧原長L0＝______cm，由此求得彈簧的勁度系數(shù)k＝______N/m. 圖1 (2)按如圖乙的方式掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G＝1N)，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖乙，則指針所指刻度尺示數(shù)為________cm.由此可推測圖乙中所掛鉤碼的個數(shù)為________個． 2.某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長l0的關系實驗中，按示意圖2所示安

2、裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與輕質彈簧上端平齊，在彈簧上安裝可移動的輕質指針P，實驗時的主要步驟是： 圖2 ①將指針P移到刻度尺l01＝5cm處，在彈簧掛鉤上掛上200g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ②取下鉤碼，將指針P移到刻度尺l02＝10cm處，在彈簧掛鉤上掛上250g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ③取下鉤碼，將指針P移到刻度尺l03＝15cm處，在彈簧掛鉤上掛上50g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ④重復③步驟，在每次重復③時，都將指針P下移5cm，同時保持掛鉤上掛的鉤碼質量不變． 將實驗所得數(shù)據(jù)記錄、列表如下： 次數(shù) 彈簧原長

3、l0/cm 彈簧長度l/cm 鉤碼質量m/g 1 5.00 7.23 200 2 10.00 15.56 250 3 15.00 16.67 50 4 20.00 22.23 50 5 25.00 30.56 50 根據(jù)實驗步驟和列表數(shù)據(jù)，回答下列問題： (1)重力加速度g取10m/s2.在實驗步驟③中，彈簧的原長為15 cm時，其勁度系數(shù)k＝________ N/m. (2)同一根彈簧的原長越長，彈簧的勁度系數(shù)________(彈簧處在彈性限度內(nèi))． A．不變B．越大C．越小 3.(2017·四川成都第一次診斷)將兩根自然長度相同、勁度系

4、數(shù)不同、粗細也不同的彈簧套在一起，看作一根新彈簧，設原粗彈簧(記為A)勁度系數(shù)為k1，原細彈簧(記為B)勁度系數(shù)為k2、套成的新彈簧(記為C)勁度系數(shù)為k3.關于k1、k2、k3的大小關系，同學們做出如下猜想： 圖3 甲同學：和電阻并聯(lián)相似，可能是＝＋ 乙同學：和電阻串聯(lián)相似，可能是k3＝k1＋k2 丙同學：可能是k3＝ (1)為了驗證猜想，同學們設計了相應的實驗(裝置見圖3)． (2)簡要實驗步驟如下，請完成相應填空． a．將彈簧A懸掛在鐵架上，用刻度尺測量彈簧A的自然長度L0； b．在彈簧A的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個數(shù)n、每個鉤碼的質量m和當?shù)氐闹亓铀俣却笮，并用

5、刻度尺測量彈簧的長度L1； c．由F＝________計算彈簧的彈力，由x＝L1－L0計算彈簧的伸長量，由k＝計算彈簧的勁度系數(shù)； d．改變____________________，重復實驗步驟b、c，并求出彈簧A的勁度系數(shù)的平均值k1； e．僅將彈簧分別換為B、C，重復上述操作步驟，求出彈簧B、C的勁度系數(shù)的平均值k2、k3.比較k1、k2、k3并得出結論． (3)圖4是實驗得到的圖線，由此可以判斷________同學的猜想正確． 圖4 4．(2017·江西師大附中3月月考)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

6、L、橫截面積S有關，理論與實踐都表明k＝Y，其中Y是一個由材料決定的常數(shù)，材料力學上稱之為楊氏模量． (1)在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應該是________________________________________________________________________． A．NB．mC．N/mD．Pa (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應用如圖5甲所示的實驗裝置可以測量出它的楊氏模量Y的值．首先利用刻度尺測得橡皮筋的長度L＝20.00cm，利用測量工具a測得橡皮筋未受到拉力時的直徑D＝4.000mm，那么測量工具a應該是_______________________

7、_________________________________________________． (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________．(Y的數(shù)值保留一位有效數(shù)字) 　　 圖5 答案精析 1．(1)3.0　200　(2)1.50　3 解析　(1)如題圖甲所示的F－L圖像，在橫軸的截距等于彈簧原長L0，斜率等于彈簧的勁度系數(shù)k.彈簧原長L0＝3.0cm，彈簧的勁度系數(shù)k＝＝200N/m.(2)根據(jù)毫米刻度尺讀數(shù)規(guī)則，要估讀到0.1mm，如題圖乙所示指針所指刻

8、度尺示數(shù)為1.50cm.彈簧被壓縮了Δx＝3.0cm－1.50cm＝1.50cm，根據(jù)胡克定律，F(xiàn)＝kΔx，解得F＝3N，由此可推測題圖乙中所掛鉤碼的個數(shù)為3個． 2．(1)30　(2)C 解析　(1)彈簧的原長為l03＝15cm時，掛鉤上鉤碼的質量為m3＝50g，所受拉力F3＝m3g＝0.5N，彈簧長度l3＝16.67cm，彈簧伸長Δx3＝l3－l03＝1.67cm. 根據(jù)胡克定律，F(xiàn)3＝k3Δx3，解得k3＝30N/m. (2)彈簧的原長為l05＝25cm時，掛鉤上鉤碼的質量為m5＝50g，所受拉力F5＝m5g＝0.5N，彈簧長度l5＝30.56cm，彈簧伸長Δx5＝l5－l05＝

9、5.56cm.根據(jù)胡克定律，F(xiàn)5＝k5Δx5，解得k5＝9N/m.由此可知，同一根彈簧的原長越長，彈簧的勁度系數(shù)越小，選項C正確． 3．(2)nmg　鉤碼的個數(shù)　(3)乙 4．(1)D　(2)螺旋測微器　(3)312.5　(4)5×106Pa 解析　(1)根據(jù)表達式k＝Y得：Y＝，已知k的單位是N/m，L的單位是m，S的單位是m2，所以Y的單位是N/m2，也就是Pa，D正確；(2)測量橡皮筋的長度L用毫米刻度尺，測量橡皮筋未受到拉力時的直徑用螺旋測微器；(3)根據(jù)F＝kx可知，圖像的斜率大小等于勁度系數(shù)大小，由F－x圖像求出勁度系數(shù)為k＝N/m＝312.5 N/m；(4)根據(jù)k＝Y可得Y＝＝Pa＝5×106Pa 5