2020届高考物理一轮复习 课时作业 第9讲 实验：探究弹力与弹簧伸长的关系

2020届高三物理总复习精品课时作业 第9讲 实验：探究弹力与弹簧伸长的关系1如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力的关系图象，如图乙所示则下列判断正确的是()A弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比C该弹簧的劲度系数是200 N/mD该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变【解析】由图乙知，Fx是一个过原点的直线，k N/m200 N/m，可知选项A错误，B、C、D正确【答案】BCD2某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验时，将一轻弹簧竖直悬挂并让其自然下垂，测出其自然长度；然后在其下部施加外力F，测出弹簧的总长度L，改变外力F的大小，测出几组数据，作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示若实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的，由图可知该弹簧的自然长度为_cm；该弹簧的劲度系数为_N/m.【解析】当外力F0时，弹簧的长度即原长L010 cm，图线的斜率就是弹簧的劲度系数，即k102 N/m50 N/m.【答案】10503某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧竖直悬挂于某一深度h25.0 cm，且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内，但测力计可以同弹簧的下端接触)，如图甲所示如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力F，作出Fl变化的图线如图乙所示，则弹簧的劲度系数为_N/m，弹簧的原长l0.【解析】根据胡克定律得Fk(hll0)klk(hl0)，从图中知道当l0时，F10 N；当l10 cm时，F20 N；将其代入方程联立解得k100 N/m，l015.0 cm.【答案】10015.0 cm4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2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的质量为50 g，重力加速度g9.8 m/s2，则被测弹簧的劲度系数为_N/m.挂3个钩码时弹簧的形变量为_cm.【解析】对钩码进行受力分析，根据平衡条件和胡克定律，得：2mgk(ll0)3mgk(ll0)则k N/m70 N/m挂3个钩码时，可列方程(mmm)gkx解得：x m2.10 cm.【答案】702.105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(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图甲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，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)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录.拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.0请在图乙所示的坐标纸上作出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_【解析】(1)在弹性限度内，弹力F与伸长量x成正比，Fkx，又根据题意可知，k则FkxYx得出杨氏模量Y各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是N/m2Pa，选项D正确(2)根据精确度判断可知a为毫米刻度尺，b为螺旋测微器(3)根据表格数据，描点、连线，可得Fx图象如图丙所示根据斜率的物量意义表示劲度系数k，可知k3.1102 N/m.(4)根据Y求得Y5106 Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)如图丙所示3.1102(4)5106 Pa617世纪英国物理学家胡克发现：在弹性限度内，弹簧的形变量与弹力成正比，这就是著名的胡克定律受此启发，一学习小组同学研究“金属线材伸长量与拉力的关系”的探究过程如下：A有同学认为：横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内，其伸长量与拉力成正比，与截面半径成反比B他们准备选用一些“由同种材料制成的不同长度、不同半径的线材”作为研究对象，用测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律，以验证假设C通过实验取得如下数据：长度拉力伸长直径250 N500 N750 N1000 N1 m2.52 mm0.4 mm0.8 mm1.2 mm1.6 mm2 m2.52 mm0.8 mm1.6 mm2.4 mm3.2 mm1 m3.57 mm0.2 mm0.4 mm0.6 mm0.8 mmD.同学们对实验数据进行分析、归纳后，对他们的假设进行了补充完善(1)上述科学探究活动中，属于“制定计划”和“搜集证据”的环节分别是_、_.(2)请根据上述过程分析他们的假设是否完全正确？若有错误或不足，请给予修正【解析】确定研究对象，选取实验器材属“制定计划”；实验过程和测量数据属“搜集证据”研究伸长量x与拉力F、长度L、直径D的关系时，采用控制变量法，比如长度、直径不变，再研究伸长量与力的关系，这种方法称为控制变量法这是物理实验中的一个重要研究方法【答案】(1)BC(2)他们的假设不完全正确在弹性限度内，金属丝(杆)的伸长量与拉力成正比，与截面半径的平方成反比，还与金属丝(杆)的长度成正比