高考物理二轮复习第十二章物理实验专题122探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系Word文件下载.docx
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B.m
C.N/m
D.Pa
(2).有一段横截面是圆形的橡皮筋,应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值.首先利用刻度尺测得橡皮筋的长度L=20.00cm,利用测量工具a测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000mm,那么测量工具a应该是________
(3).做出橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的图像,由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k=________N/m
(4).这种橡皮筋的Y值等于________(Y的数值保留一位有效数字)
(1).D(2分),
(2).螺旋测微器(2分),
(3).312.5(2分),(4).5×
106Pa(3分)
4.(2018洛阳联考)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。
实验装置如图(a)所示;
一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处:
通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。
设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;
挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x。
测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2)。
已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。
P1
P2
P3
P4
P5
P6
x0(cm)
2.04
4.06
6.06
8.05
10.02
12.01
x(cm)
2.64
5.26
7.81
10.30
12.93
15.41
n
10
20
30
40
50
60
k(N/m)
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
1/k(m/N)
0.0061
②
0.0179
0.0229
0.0296
0.0347
(1)将表中数据补充完整:
①,②。
(2)以n为横坐标,1/k为纵坐标,在图(b)给出的坐标纸上画出1/k—n图像。
(3)图(b)中画出的直线可以近似认为通过原点,若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系表达式为k=N/m;
该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0的关系表达式为k=N/m。
(1)①81.7
②0.0122
(2)1/k—n图像如图所示
(3)
×
103
1.(2016·
深圳第一次调研)(6分)把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数,如图甲所示。
【参考答案】
【名师解析】
(1)刻度尺读数需读到最小刻度的下一位,指针示数为11.50cm;
(2)由图象中的数据可知,弹簧Ⅱ的形变量为Δx=7.00cm时,拉力:
F=4×
0.05×
9.8N=1.96N
根据胡克定律知:
k2=
=
N/m=28N/m;
2.(2016·
山东潍坊高三统考)(6分)为了测量竖直方向的加速度,李明同学利用一根轻弹簧、刻度尺、钩码制作了一个测量加速度的装置。
(1)由胡克定律得mg=kxAB,所以弹簧的劲度系数k=20N/m。
(2)由牛顿第二定律得kxAC-mg=ma,解得a=4m/s2。
若指针处在A、B之间,弹簧弹力小于钩码重力,可知升降机处于失重状态。
3.如图甲所示。
用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有:
____________________________________。
(2)实验中需要测量的物理量有:
______________________________________。
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的Fx图线,由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m。
图线不过原点是由于______________________________________________________。
(4)为完成该实验,设计实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0;
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式。
首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:
___________________________________。
【参考答案】:
(1)刻度尺
(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧有自重(4)CBDAEFG
(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量。
(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)。
(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点,代入F=kx可得k=200N/m,由于弹簧自重的原因,使得弹簧不加外力时就有形变量。
(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
4. 某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量的关系时,先把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0=4.6cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一个钩码均记下对应的弹簧长度x,数据记录如表所示。
钩码个数
1
2
3
4
5
弹力F/N
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
弹簧长度x/cm
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
(1)根据表中数据在图中作出Fx图线。
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=____________N/m。
(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是___________________________。
(1)见解析图
(2)50 (3)弹簧自身重力的影响
(1)如图所示。
(2)根据胡克定律F=kx可得k=
=50N/m。
(3)图线与x轴的交点坐标为弹簧竖直悬挂且没挂钩码时的长度,因受自身重力影响,大于其平放在桌面上时测量出的原长度L0。
5.一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验,采用如图甲所示装置,质量不计的弹簧下端挂一个小盘,在小盘中增添砝码,改变弹簧的弹力。
实验中作出小盘中砝码重力与弹簧伸长量x的关系图象如图乙所示。
(重力加速度g=10m/s2)
(1)由图乙可知该弹簧的劲度系数为________N/m。
(2)由图乙可求得小盘的质量为________kg,小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比________。
(填“偏大”、“偏小”或“相同”)
(1)200
(2)0.1 相同
6.(2016·
延安质检)用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数,被测弹簧一端固定于A点,另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码,旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺,当挂两个钩码时,绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示,再增加一个钩码后,P点对应刻度如图乙中cd虚线所示,已知每个钩码质量为50g,重力加速度g=9.8m/s2,则被测弹簧的劲度系数为______N/m。
挂三个钩码时弹簧的形变量为________cm。
【参考答案】70 2.10
7.(2016·
临汾模拟)在“探究弹力和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组数据在坐标图中描点,请作出FL图线。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=________cm,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)。
(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:
______________________________________________________________;
缺点在于:
______________________________________________________________。
(1)见解析图
(2)5 20 (3)见解析
(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大
(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示。
(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L0=5×
10-2m=5cm。
劲度系数为图象直线部分的斜率,k=20N/m。
(3)记录数据的表格如下。
次数
6
弹簧的长度L/10-2m
弹簧的伸长
量x/10-2m
(4)优点:
避免弹簧自身所受重力对实验的影响。
缺点:
弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大。
8.橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量x与弹力F成正比,即F=kx,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k=Y
,其中Y是一个由材料决定的常数,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( )
A.N B.m C.N/m D.Pa
(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋,应用如图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L=20.00cm,利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000mm,那么测量工具a应该是________,测量工具b应该是________。
(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。
拉力F/N
15
25
伸长量x/cm
1.6
3.2
4.7
6.4
8.0
请作出Fx图象,由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k=________N/m。
(4)这种橡皮筋的Y值等于________。
(1)D
(2)毫米刻度尺 螺旋测微器
(3)图象见解析图 3.1×
102
(4)5×
106Pa
(3)根据表格数据,描点、连线,可得Fx图象如图所示。
根据斜率的物量意义表示劲度系数k,可知k=
≈3.1×
102N/m。
(4)根据Y=
求得,Y≈5×
106Pa。
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- 高考 物理 二轮 复习 第十二 实验 专题 122 探究 弹簧 弹力 伸长 关系