1、第第課時(shí)課時(shí)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一: :探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 【測(cè)控導(dǎo)航】 知識(shí)點(diǎn) 1.實(shí)驗(yàn)原理及操作 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 題號(hào) 1、3 2、4、5、6 1.(2012 惠州高三調(diào)研)某同學(xué)做 “探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系” 實(shí)驗(yàn).他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng), 用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng) L0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上砝碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L,把 L-L0作為彈簧的伸 長(zhǎng)量x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是下列所示圖線的哪一個(gè)C.(填選項(xiàng)前字 母) 解析:由于考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量 x0,所以選 C. 2.(2012

2、廈門模擬)如圖(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(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(乙).則下列判斷不正確 的是B.(填選項(xiàng)前字母) A.彈簧長(zhǎng)度的增加量與對(duì)應(yīng)的彈力增加量成正比 B. 彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比 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:由題圖知,F x 圖象是一個(gè)過原點(diǎn)的直線, k= N/m=200 N/m,可知 B 不正確,A、C、D 正確. 3.(2012 福州一中模擬)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

3、力成正比,這就是著 名的胡克定律.受此啟發(fā),一組同學(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.通過實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù): 原長(zhǎng)度拉力 伸長(zhǎng) 直徑 250 N500 N750 N1000 N 1 m 2 m 1 m 2.52 mm 2.52 mm 3.57 mm 0.4 mm 0.8 mm 0.2 mm 0.8 mm 1.6 mm 0.4

4、mm 1.2 mm 2.4 mm 0.6 mm 1.6 mm 3.2 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)請(qǐng)根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確?若有錯(cuò)誤或不足,請(qǐng)給予修正. (2)求出這種線材的伸長(zhǎng)量x 與拉力 F 以及線材的原長(zhǎng)度 L、截面積 S 之間的定量關(guān)系式. 答案:(1)他們的假設(shè)不全部正確.在彈性限度內(nèi),金屬線材的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與截面半徑的平方成反比, 還與金屬線材的原長(zhǎng)度成正比. (2)x=kFL/S 其中 k= m /N=810 m /N. 2-122 4.(2012 德州模擬)某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中,利用所學(xué)的

5、知識(shí)解決了如下問題:一輕質(zhì)彈簧豎直懸掛于某一深度 為 h=30.0 cm 且開口向下的小筒中(沒有外力作用時(shí)彈簧的下端位于筒內(nèi),用測(cè)力計(jì)可以同彈簧的下端接觸),如 圖(甲)所示,若本實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度測(cè)量工具只能測(cè)量露出筒外彈簧的長(zhǎng)度l,現(xiàn)要測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)l0和彈簧的勁度系 數(shù),該同學(xué)通過改變 l 而測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈力 F,作出 F l 圖象如圖(乙)所示,則彈簧的勁度系數(shù)為 k=N/m, 彈簧的原長(zhǎng) l0= cm. 解析:根據(jù)胡克定律 F 與 l 的關(guān)系式為:F=k(l+h-l0)=kl+k(h-l0),從圖象中得到直線的斜率為2 N/cm,截距為 20 N,故彈簧的勁度系數(shù)為 k=2 N/cm=200

6、 N/m,由 k(h-l0)=20 N,可得 l0=20 cm. 答案:20020 5.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)驗(yàn)都表明 k=,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)際單位中,楊氏模量 Y 的單位應(yīng)該是. A.N B.m C.N/mD.Pa (2)有一段橫截面積是圓形的橡皮筋,應(yīng)用如圖(甲)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

7、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)用如圖(甲)所示的裝置就可以測(cè)出這種橡皮筋的Y 值,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) 伸長(zhǎng)量 x(cm) 5 1.6 10 3.2 15 4.8 20 6.4 25 8.0 請(qǐng)?jiān)趫D(乙)中作出 F x 圖象,由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k=N/m. (4)這種橡皮筋的楊氏模量Y=.(保留一位有效數(shù)字) 2 解析:(1)由題意將公式 k=YS/L 整理得 Y=kL/S,將各已知量的國(guó)際單位代入并整理可知Y 的單位為 Pa(1 N/m =1 Pa). (2)20.00

8、cm準(zhǔn)確到毫米,故測(cè)量工具為毫米刻度尺,而數(shù)據(jù) 4.000 mm數(shù)據(jù)準(zhǔn)確到 1/100 mm,估讀到 1/1000 mm, 必為螺旋測(cè)微器(又名千分尺). 2 (3)作出圖象如圖所示,圖象的斜率為橡皮筋的勁度系數(shù),約 3.110 N/m. (4)代入題述公式有 Y=510 Pa. 答案:(1)D (2)毫米刻度尺螺旋測(cè)微器 2 (3)圖象見解析3.110 6 (4)510 Pa 6.以下是一位同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn). (1)下面的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的,請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序,用字母排列出來:. A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組數(shù)據(jù)(x,F)對(duì)

9、應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來 B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí),其下端在刻度尺上的刻度L0 C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一刻度尺 D.依次在彈簧下端掛上 1 個(gè)、2 個(gè)、3 個(gè)、4 個(gè)鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度,記錄在 表格內(nèi),然后取下鉤碼 E.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量,寫出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式 F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義 (2)下表是這位同學(xué)探究彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系時(shí)所測(cè)的幾組數(shù)據(jù): 彈力(F/N) 彈簧原來長(zhǎng)度(L0/cm) 0.5 15 1.0 15 1.5 15 2.0 15 2.5 15 6 彈簧后來長(zhǎng)度(L/cm) 彈簧伸長(zhǎng)量(x/cm) 在如圖所示的坐標(biāo)上作出F x 圖線. 16.2 1.2 17.3 2.3 18.5 3.5 19.6 4.6 20.8 5.8 寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式(x 用 cm 作單位):. 函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)