2014届高三人教通用版物理一轮复习精练 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系.docVIP

实验2探究弹力和弹簧伸长的关系图S211某实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，得到弹力与弹簧长度关系的图象如图S21所示，则：(1)弹簧的原长为_cm.(2)弹簧的劲度系数为_N/cm.(3)若弹簧的长度为2l2l1时仍在弹簧的弹性范围内，此时弹簧的弹力为_2通过“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为L0和L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以k1k2k3；乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以k1k2k2k3.(1)可以通过实验来验证猜想实验所需的器材除铁架台外，还有_(2)简要写出实验步骤(3)图S22是实验得到的弹力与弹簧伸长的关系图线根据图线，弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？图S223橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度范围内，伸长量x与弹力F成正比，即Fkx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明kY，其中Y是一个由材料本身性质决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是()ANBmCN/mDPa图S23(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图S23所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L20.00 cm，再利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm.那么测量工具a应该是_，测量工具b应该是_(3)下面的表格是用图示装置得到的橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录请在图S24中作出Fx图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k_N/m.拉力F/N510152025伸长量x/ cm1.63.24.76.48.0图S24(4)这种橡皮筋的杨氏模量Y_4用纳米技术处理过的材料叫纳米材料，其性质与处理前相比会发生很多变化，如机械性能会成倍地增加，对光的反射能力会变得非常低，熔点会大大降低，甚至有特殊的磁性质现有一种纳米合金丝，欲测定出其伸长量x与所受拉力F、长度L、截面直径D的关系(1)测量上述物理量需要的主要器材是_、_、_等(2)若实验中测量的数据如下表所示，根据这些数据请写出x与F、L、D间的关系式：x_(若用到比例系数，可用k表示)长度L/cm拉力F/N直径D/mm50.0100.0200.05.000.0400.200.400.8010.000.0400.400.801.605.000.0800.100.200.40(3)在研究并得到上述关系的过程中，主要运用的科学研究方法是_(只需写出一种)(4)若有一根纳米合金丝的长度为20 cm，截面直径为0.200 mm，使用中要求其伸长量不能超过原长的百分之一，那么这根合金丝能承受的最大拉力为_N.实验(二)1(1)l1(2)(3)2F0解析 (1)F0时对应的弹簧长度即为弹簧的原长(2)在Fl图象中，图线的斜率即为弹簧的劲度系数(3)弹簧的形变量为2l2l1l12(l2l1)，故此时弹簧的弹力为2F0.2(1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(或弹簧测力计)(2)实验步骤：a将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度LB.b在弹簧B的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n个)，并用刻度尺测量弹簧的长度L1.c由Fmg计算弹簧的弹力；由xL1LB计算出弹簧的伸长量由k计算弹簧的劲度系数k2.d改变钩码的个数，重复实验步骤b、c，并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值e按实验步骤a、b、c、d求出弹簧C的劲度系数k3的平均值f比较k1、k2、k3，得到结论(3)从同一根弹簧上截下的几段，越短劲度系数越大3(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)如图所示3.1102 N/m(4)5106 Pa解析 (1)在弹性限度范围内，弹力F与伸长量x成正比，有Fkx，又由题意知kY，则杨氏模量Y，各物理量取国际单位可得杨氏模量的单位是N/m2，即Pa.(2)毫米刻度尺精确度为1 mm，螺旋测微器精确度为0.01 mm，即a是毫米刻度尺，b是螺旋测微器(3)作图如图所示根据图线斜率的物理意义表示劲度系数k，得k3.1102 N/m.(4)根据kY求得Y5106 Pa.4(1)弹簧测力计刻度尺螺旋测微器(2)(3)控制变量法(4)62.5解析 (1)用弹簧测力计测量力的大小，用刻度尺测量纳米合金丝的长度，用螺旋测微器测量纳米合金丝的直径(2)用表格中的数据分析可知：当力、直径一定时，伸长量与长度成正比；当力、长度一定时，伸长量与直径成反比；当长度、直径一定时，伸长量与力成正比所以有：x.(3)研究伸长量x与拉力F的关系时，先控