廣東物理高考一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)2 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系

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1、第二章 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 1．(2009·廣東理基)一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖實(shí)－2－7所示．下列表述正確的是(　　) A．a(chǎn)的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng) B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大 C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小 D．測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比 解析：圖象的橫軸截距表示彈簧的原長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，B正確，C錯(cuò)誤；圖象不過(guò)原點(diǎn)，D錯(cuò)誤． 答案：B 2．(2010·臨沂質(zhì)檢)如圖實(shí)－2－8甲所示，一個(gè)彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連．當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力(

2、拉力或壓力)時(shí)，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，如圖實(shí)－2－8乙所示．則下列判斷正確的是(　　) 圖實(shí)－2－8 A．彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比 B．彈力增加量與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)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(shí)，勁度系數(shù)不變 解析：由圖乙知，F(xiàn)－x是一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的直線，k＝ N/m＝200 N/m，可知A錯(cuò)，B、C、D正確． 答案：BCD 3．某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂，測(cè)出其自然長(zhǎng)度；然后在其下部施加外力F，測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度L，改變外力F的大小，測(cè)出幾組

3、數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長(zhǎng)度L的關(guān)系圖線如圖實(shí)－2－9所示．(實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的) 由圖可知該彈簧的自然長(zhǎng)度為_(kāi)_______cm；該彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m. 解析：當(dāng)外力F＝0時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度即原長(zhǎng)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 4．用如圖實(shí)－2－10甲所示的裝置測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)，被測(cè)彈簧一端固定于A點(diǎn)，另一端B用細(xì)繩繞過(guò)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)掛兩個(gè)鉤碼時(shí)，繩上一定點(diǎn)P對(duì)應(yīng)刻度如圖實(shí)－2－10乙中ab虛線所示，再增加一個(gè)鉤碼后，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度如圖實(shí)－

4、2－10乙中cd虛線所示，已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量為50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，則被測(cè)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m.掛三個(gè)鉤碼時(shí)彈簧的形變量為_(kāi)_______cm. 圖實(shí)－2－10 解析：對(duì)鉤碼進(jìn)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 掛三個(gè)鉤碼時(shí)，可列方程 (m＋m＋m)g＝kΔx′ Δx′＝＝ m ＝2.10×10－2 m＝2.10 cm. 答案：70　2.10 5．某同學(xué)用如圖實(shí)－2－11所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)?/p>

5、的標(biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(g取9.8 m/s2) 鉤碼質(zhì)量 m/102 g 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 標(biāo)尺刻度 x/10－2 m 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50[ (1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖實(shí)－2－12所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺的刻度x與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線． 圖實(shí)－2－12 (2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在________N范圍內(nèi)彈力大小與

6、彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律，這種規(guī)格的彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m. 解析：(1)根據(jù)題目中所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行描點(diǎn)，然后用平滑的曲線(或直線)連接各點(diǎn)，在連接時(shí)應(yīng)讓盡量多的點(diǎn)落在線上，偏差比較大的點(diǎn)舍去，不在線上的點(diǎn)盡量均勻分布在線的兩側(cè)，如圖所示． (2)根據(jù)所畫(huà)圖象可以看出，當(dāng)m≤5.00×102 g＝0.5 kg時(shí)，標(biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m成一次函數(shù)關(guān)系，所以在F≤4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律，由胡克定律F＝kΔx可知，圖線斜率的大小在數(shù)值上等于彈簧的勁度系數(shù)k，即 k＝＝＝25.0 N/m. 答案：(1)見(jiàn)解析　(2)0～4.9　25.0 6．(

7、2008·北京高考)某同學(xué)和你一起探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，并測(cè)彈簧的勁度系數(shù)k.做法是先將待測(cè)彈簧的一端固定在鐵架臺(tái)上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上．當(dāng)彈簧自然下垂時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L0；彈簧下端掛一個(gè)50 g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L1；彈簧下端掛兩個(gè)50 g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L2；……；掛七個(gè)50 g的砝碼時(shí)，指針指示的刻度數(shù)值記作L7. (1)下表記錄的是該同學(xué)已測(cè)出的6個(gè)值，其中有兩個(gè)數(shù)值在記錄時(shí)有誤，它們的代表符號(hào)分別是________________和______________. 代表符號(hào)

8、 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 刻度數(shù)值 /cm 1.70 3.40 5.10 8.60 10.3 12.1 (2)實(shí)驗(yàn)中，L3和L7兩個(gè)值還沒(méi)有測(cè)定，請(qǐng)你根據(jù)圖實(shí)－2－13將這兩個(gè)測(cè)量值填入上表中． 圖實(shí)－2－13 (3)為了充分利用測(cè)量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測(cè)得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計(jì)算出了三個(gè)差值：d1＝L4－L0＝6.90 cm，d2＝L5－L1＝6.90 cm，d3＝L6－L2＝7.00 cm. 請(qǐng)你給出第四個(gè)差值：d4＝________＝________cm. (4)根據(jù)以上差值，可以求出每增加50 g砝碼

9、的彈簧平均伸長(zhǎng)量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子為：ΔL＝__________________________________________________， 代入數(shù)據(jù)解得ΔL＝________cm. (5)計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)k＝______________N/m.(g取9.8 m/s2) 解析：(1)L5、L6兩組數(shù)據(jù)在讀數(shù)時(shí)均沒(méi)有估讀值． (2)根據(jù)表格已知讀數(shù)，刻度尺上端的刻度數(shù)小，因而L3＝6.85 cm，L7＝14.05 cm. (3)題中三組數(shù)據(jù)在尋求多掛4個(gè)砝碼形成的長(zhǎng)度差，故d4＝L7－L3＝(14.05－6.85)cm＝7.20 cm. (4)每增加

10、4個(gè)砝碼彈簧的平均伸長(zhǎng)量ΔL1＝，則每增加1個(gè)砝碼彈簧的平均伸長(zhǎng)量ΔL＝＝，代入數(shù)據(jù)求得ΔL＝1.75 cm. (5)由(3)(4)可知，彈力F和彈簧伸長(zhǎng)量ΔL成正比，即滿足F＝kΔL，代入數(shù)據(jù) k＝＝ N/m＝28 N/m. 答案：(1)L5L6　(2)6.85　14.05 (3)L7－L3　7.20 (4)　1.75　(5)28 7．橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)，伸長(zhǎng)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(shí)的長(zhǎng)度L、橫截面積S有關(guān)，理論與實(shí)踐都表明k＝Y(jié)，其中Y是一個(gè)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(guó)際單位制中，楊氏模量Y的單位應(yīng)該

11、是(　　) A．N　　　　B．mC．N/m D．Pa (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖實(shí)－2－14所示的實(shí)驗(yàn)裝置可 以測(cè)量出它的楊氏模量Y的值．首先利用測(cè)量工具a測(cè)得橡皮筋的長(zhǎng)度L ＝20.00 cm，利用測(cè)量工具b測(cè)得橡皮筋未受到拉力時(shí)的直徑D＝4.000 mm，那么測(cè)量工具a應(yīng)該是____________，測(cè)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(zhǎng)量x的實(shí)驗(yàn)記錄. 拉力F/N 5 10 15 20 25 伸長(zhǎng)量x/cm 1.6 3.2 4.7 6.4 8.0 請(qǐng)作出F－x圖象，由圖象可求得該

12、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(zhǎng)量x成正比，F(xiàn)＝kx，又根據(jù)題意可知，k＝Y(jié)S/L. 則F＝kx＝Y(jié)·x 得出楊氏模量Y＝ 各物理量取國(guó)際單位得楊氏模量的單位是N/m2＝Pa，選項(xiàng)D正確． (2)根據(jù)精確度判斷可知a為毫米刻度尺，b為螺旋測(cè)微器． (3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，描點(diǎn)、連線，可得F－x圖象如圖所示．根據(jù)斜率的物量意義表示勁度系數(shù)k， k＝≈3.1×102 N/m. (4)根據(jù)Y＝kL/S求得，Y≈5×106 Pa. 答案：(1)D　(2)毫米刻度尺　螺旋測(cè)微器　(3)圖

13、象見(jiàn)解析圖　3.1×102　(4)5×106 Pa 8．(2010·南京模擬)17世紀(jì)英國(guó)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(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過(guò)程如下： A．有同學(xué)認(rèn)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(zhǎng)量與拉力成正比，與截面半徑成反比． B．他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象，用測(cè)距儀、傳感器等儀器測(cè)量線材的伸長(zhǎng)量隨拉力變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè)． C．通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)： 長(zhǎng)度 拉力 伸長(zhǎng)

14、直徑 250 N 500 N 750 N 1 000 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 mm D．同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善． (1)上述科學(xué)探究活動(dòng)中，屬于“制定計(jì)劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________. (2)請(qǐng)根據(jù)上述過(guò)程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯(cuò)誤或不足，請(qǐng)給予修正．

15、 解析：確定研究對(duì)象，選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定計(jì)劃”；實(shí)驗(yàn)過(guò)程和測(cè)量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”．研究伸長(zhǎng)量x與拉力F、長(zhǎng)度L、直徑D的關(guān)系時(shí)，采用控制變量法，比如長(zhǎng)度、直徑不變，再研究伸長(zhǎng)量與力的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要研究方法． 答案：(1)B　C　(2)他們的假設(shè)不是全部正確．在彈性限度內(nèi)，金屬絲(桿)的伸長(zhǎng)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(zhǎng)度成正比 內(nèi)容總結(jié) （1）第二章 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 1．(2009·廣東理基)一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖實(shí)－2－7所示．下列表述正確的是(　　) A．a(chǎn)的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng) B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大 C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小 D．測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比 解析：圖象的橫軸截距表示彈簧的原長(zhǎng)，A錯(cuò)誤