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2016届高三物理一轮题库24实验二探究弹力和弹簧伸长的关系
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第4讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系
1.在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,以下说法正确的是( ).
A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度
B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等
解析 本题主要考查使用弹簧时应注意的问题.
本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象,在弹性限度内通过增减钩码的数目,以改变弹簧的拉力,来探究弹力与弹簧伸长的关系,所以选A、B.
答案 AB
2.在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中,某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端,进行测量,根据实验所测数据,利用描点法作出了所挂钩码的重力G与??簧总长L的关系图象,如图1所示.根据图象回答以下问题.
图1
(1)弹簧的原长为________.
(2)弹簧的劲度系数为________.
(3)分析图象,总结出弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为________.
解析 由题图知,当不挂钩码时,弹簧长10 cm,即弹簧原长为10 cm;弹簧的劲度系数等于图象的斜率,即k=eq \f(40,?14-10?×10-2) N/m=1 000 N/m,由数学函数关系可得弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为F=1 000(L-0.10) N.
答案 (1)10 cm (2)1 000 N/m (3)F=1 000(L-0.10) N
3.用如图2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对应刻度如下图乙中ab虚线所示,再增加一个钩码后,P点对应刻度如下图乙中cd虚线所示,已知每个钩码质量为50 g,重力加速度g=9.8 m/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.
图2
解析 增加一个钩码,弹簧的拉力增加ΔF=mg=0.49 N,弹簧的伸长量增加Δx=7 mm=7×10-3 m,故弹簧的劲度系数为k=eq \f(ΔF,Δx)=eq \f(0.49,7×10-3) N/m=70 N/m.[来源:中国教育出版网]
挂三个钩码时,
x′=eq \f(3mg,k)=eq \f(3×50×10-3×9.8,70) m=2.10×10-2 m
=2.10 cm.
答案 70 2.10
4.某同学利用如图3(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.
(1)在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持________状态.
(2)他通过实验得到如下图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线.由此图线可得该弹簧的原长x0=________ cm,劲度系数k=________ N/m.
(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤,当弹簧秤上的示数如下图(c)所示时,该弹簧的长度x=________ cm.
图3
解析 (1)为了刻度尺读数准确,要求刻度尺保持竖直.(2)由胡克定律可得:F=k(x-x0),可知:图线与x轴的截距大小等于弹簧的原长,即x0=4 cm;图线的斜率大小等于弹簧的劲度系数k=50 N/m.(3)由胡克定律可得:F=k(x-x0),代入数据得x=10 cm.
答案 (1)竖直 (2)4 50 (3)10
5.某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.实验时,先把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x,数据记录如下表所示.
钩码个数12345弹力F/N1.02.03.04.05.0弹簧的长度x/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据在图4中作出Fx图线;
图4
(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_________________________________________.
解析 (1)用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系,由于实验误差,依据实验数据描成的点有时不会完全在一条直线上.这时所作直线应尽量多的通过这些点,并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线两侧.明显与其他的点相差很远的点应该舍去.该题中所给出数据恰好可以在一条直线上,所以直接描点由刻度尺作图即可.
(2)在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比.由ΔF=kΔx得k=eq \f(ΔF,Δx)
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