第二章 微专题16 实验探究弹簧形变与弹力的关系-2020新高考物理【步步高】一轮复习加练半小时(鲁津京琼)

[方法点拨]　(1)实验原理：二力平衡.(2)数据处理：图象法. 1.(2018·福建省南平市5月第二次模拟)某实验小组用如图1所示的装置测量弹簧的劲度系数k.每当挂在弹簧下端的钩码(每个钩码质量m＝50 g)处于静止状态时，用刻度尺测出对应的弹簧长度L(弹簧始终在弹性限度内)，列表记录如下： 所挂钩码个数n 1 2 3 4 5 6 L(cm) 10.18 13.09 14.58 16.08 17.54 图1 (1)表格中第二组数据的弹簧长度如图所示，则弹簧长度为________cm； (2)用所学知识尽量精确计算出每挂一个钩码弹簧伸长量ΔL＝________cm；并由ΔF＝kΔL算出弹簧的劲度系数k＝________N/m.(g＝9.8 m/s2，结果均保留三位有效数字) 2.(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时得到如图2甲所示的F－L图象，由图象可知：弹簧原长L0＝________ cm，由此求得弹簧的劲度系数k＝________ N/m. 图2 (2)按如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G＝1 N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为________ cm.由此可推测图乙中所挂钩码的个数为________个. 3.为了探究弹力F和弹簧伸长x的关系，某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图3所示图象. 图3 (1)从图象上看，该同学没能完全按照实验要求做，从而使图象上端成为曲线，图象上端成为曲线是因为________________________. (2)甲、乙弹簧的劲度系数分别为________ N/m和________ N/m(保留三位有效数字)；若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(填“甲”或“乙”). (3)从上述数据和图线中分析，请对这个研究课题提出一个有价值的建议. 建议：________________________________________________________________________ 4.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4甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值.首先利用刻度尺测得橡皮筋的长度L＝20.00 cm，利用测量工具a测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000 mm，那么测量工具a应该是________________. (3)作出橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的图象如图乙所示，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) 　　 图4 答案精析 1.(1)11.60　(2)1.48　33.1 解析　(1)由毫米刻度尺的读数方法可知题图中的读数为11.60 cm；(2)由平均值法，得：ΔL＝ cm≈1.48 cm，根据ΔF＝kΔL，得弹簧的劲度系数k＝＝ N/m≈33.1 N/m. 2.(1)3.0　200　(2)1.50　3 解析　(1)如题图甲所示的F－L图象，在横轴的截距等于弹簧原长L0，斜率等于弹簧的劲度系数k.可知弹簧原长L0＝3.0 cm，弹簧的劲度系数k＝＝200 N/m. (2)根据毫米刻度尺读数规则，可知题图乙所示指针所指刻度尺示数为1.50 cm，弹簧被压缩了Δx＝(3.0－1.50)cm＝1.50 cm，根据胡克定律，F＝kΔx，解得F＝3 N，由此可推测题图乙中所挂钩码的个数为3个. 3.(1)弹簧形变量超过其弹性限度 (2)66.7　200　甲　(3)见解析 解析　(1)在弹性限度内弹簧的弹力与形变量成正比，超过弹簧的弹性限度，则此规律不成立，所以图象上端为曲线，是因为弹簧形变量超过其弹性限度. (2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为 k甲＝＝ N/m≈66.7 N/m k乙＝＝ N/m＝200 N/m 要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选用在一定的外力作用时，弹簧的形变量大的弹簧，故选甲弹簧. (3)建议：实验中的钩码不能挂太多，以保证弹簧形变量在弹性限度内. 4.(1)D　(2)螺旋测微器　(3)312.5　(4)5×106 Pa 解析　(1)根据表达式k＝Y得：Y＝，已知k的单位是N/m，L的单位是m，S的单位是m2，所以Y的单位是N/m2，