2018届高考物理训练--实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系（含解析）

实验二1．(双选)如图2－4－4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大小的关系图象，如图乙所示．则下列判断正确的是()图2－4－4A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C．该弹簧的劲度系数是100N/mD．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变【解析】由题图知，F－x是一条过原点的直线，k＝200.10N/m＝200N/m，可知A、C错，B、D正确．【答案】BD2．下列关于“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验的说法中正确的是()A．实验中F的具体数值必须计算出来B．如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F－L也是过原点的一条直线C．利用F－x图线可求出k值D．作F－x图象时要把所有点连到线上，才能得到真实规律【解析】该实验研究弹簧弹力与其伸长量之间的关系，可以用一个钩码的重力作为弹力的单位，因此弹力F的具体数值没必要计算出来，A错．通过实验探究可知F∝x(伸长量)，F－x图象是过坐标原点的一直线，而用L代替x后则F－L图线不过原点，故B错．F－x图线关系显示，Fx就是劲度系数k，故C对．实验中有的数据可能存在较大误差，所以做图时可以舍去，不必连到线上，故D错．【答案】C3．为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据，其对应点已在图2－4－5上标出(g＝9.8m/s2)图2－4－5(1)作出m－l的关系图线．(2)弹簧的劲度系数为________N/m.【解析】(1)应使尽量多的点在同一条直线上．(2)由胡克定律F＝kx，得k＝ΔFΔx即图线的斜率表示弹簧的劲度系数，由图象得k＝0.258.【答案】(1)如图所示(2)0.258(0.248～0.262)4．某小组在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验时测出数据如下表所示.弹簧长度l(cm)2.503.013.494.024.505.12砝码重力(N)00.51.01.52.02.5甲、乙、丙同学分别作出如图2－4－6所示的三个图象．图2－4－6(1)试求三位同学所作图象的函数关系式，并比较三个函数关系式的适用条件及区别；(2)三个函数关系式中的比例系数各有什么物理意义，其单位是什么？【答案】(1)甲同学的函数关系式为F＝100x，在x为[0,0.02m]内适用；乙同学的函数关系式为F＝100(l－0.025)，在l为[0.025m,0.040m]内适用；丙同学的函数关系式为x＝1100F，在F为[0,2.0N]内适用三位同学所列函数关系式的区别在于选择的自变量和因变量不同，甲和丙同学得到的函数为正比例函数，应用比较简便；乙同学得到的函数为一次函数，使用不简便．甲同学的函数关系式为胡克定律(2)甲、乙同学的函数关系式中比例系数表示：弹簧伸长1m所需拉力的大小，即弹簧的劲度系数，单位是N/m；丙同学函数关系式的比例系数表示：1N的力作用在弹簧上，弹簧能伸长的长度，单位是m/N图2－4－75．在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图2－4－7.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组数据描点在如坐标图2－4－8中，请作出F－L图线图2－4－8(2)由此图线可得出的结论是_____________________________________．该弹簧的原长为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：__________________________________________________.【解析】(1)如图(2)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比1025(3)如下表次数123456弹力F/N弹簧的长度L/×10－2m(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误差．【答案】见解析6．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．理论和实践都表明k＝YSL，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量．(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是()A．NB．mC．N/mD．Pa(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋，应用如图2－4－9(a)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和b应分别为________、________.图2－4－9(3)用如图(a)所示的装置就可以测量出这种橡皮筋的Y值，表中为橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录，请在图(b)中作出F－x的图象.拉力F(N)5.010.015.020.025.0伸长量x(cm)1.603.204.806.408.00(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为________(保留一位有效数字)【解析】在国际单位制中k、S、L的单位分别是N/m、m2、m.代入k＝YSL进行单位计算得Y的单位为N/m2，即Pa.由于橡皮筋的长度的测量结果准确到1mm，所以其测量工具为毫米刻度尺．而直径的测量结果准确到0.01mm，所以其测量工具为螺旋测微器．根据表格中的数据，作出F­x图象如图所示，由图象求出k值，将有关数据代入公式k＝YSL，求出Y值，Y＝kLS，代入数值解得Y＝5×106Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)见解析图(4)5×106Pa