2020高考物理復(fù)習(xí) 金版教程 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系練習(xí)

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1、限時(shí)規(guī)范特訓(xùn) (時(shí)間：45分鐘　分值：100分) 1. 某實(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，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖所示，則： (1)彈簧的原長(zhǎng)為_(kāi)_______cm. (2)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/cm. (3)若彈簧的長(zhǎng)度為2l2－l1時(shí)仍在彈簧的彈性范圍內(nèi)，此時(shí)彈簧的彈力為_(kāi)_______． 解析：本題考查圖象以及彈簧彈力與形變量的關(guān)系．(1)F＝0時(shí)對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度即為彈簧的原長(zhǎng)．(2)在F—l圖象中，圖線的斜率即為彈簧的勁度系數(shù)．(3)由數(shù)據(jù)可知，彈簧的形變量為2l2－l1－l1＝2(l2－l1)，故此時(shí)彈簧的彈力為2F0. 答案：

2、(1)l1　(2)　(3)2F0 2. 某小組在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)出數(shù)據(jù)如下表所示． 彈簧長(zhǎng)度l( cm) 2.50 3.01 3.49 4.02 4.50 5.12 砝碼重力(N) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 甲、乙、丙同學(xué)分別作出如圖所示的三個(gè)圖象． (1)試求三位同學(xué)所作圖象的函數(shù)關(guān)系式，并比較三個(gè)函數(shù)關(guān)系式的適用條件及區(qū)別； (2)三個(gè)函數(shù)關(guān)系式中的比例系數(shù)各有什么物理意義，其單位是什么？ 解析： (1)甲同學(xué)所作圖象的函數(shù)關(guān)系式為F＝100x，在x為[0,0.02 m]內(nèi)適用； 乙同學(xué)所作圖象的函數(shù)關(guān)系式

3、為F＝100(l－0.025)，在l為[0.025 m,0.040 m]內(nèi)適用； 丙同學(xué)所作圖象的函數(shù)關(guān)系式為x＝F，在F為[0,2.0 N]內(nèi)適用． 三位同學(xué)所列函數(shù)關(guān)系式的區(qū)別在于選擇的自變量和因變量不同，甲和丙同學(xué)得到的函數(shù)為正比例函數(shù)，應(yīng)用比較簡(jiǎn)便；乙同學(xué)得到的函數(shù)為一次函數(shù)，使用不簡(jiǎn)便．甲同學(xué)的函數(shù)關(guān)系式為胡克定律． (2)甲、乙同學(xué)的函數(shù)關(guān)系式中比例系數(shù)表示：彈簧伸長(zhǎng)1 m所需拉力的大小，單位是N/m；丙同學(xué)函數(shù)關(guān)系式的比例系數(shù)表示：1 N的力作用在彈簧上，彈簧能伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，單位是 m/N. 3. 橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度范圍內(nèi)，伸長(zhǎng)量x與彈力F成正比，即F＝kx，k

4、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)由材料本身性質(zhì)決定的常數(shù)，材料力學(xué)上稱(chēng)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)該是(　　) A．N　　　　　　　 B. m C．N/m D．Pa (2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖所示的實(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，再利用測(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)下面的表格是用圖所示裝置得到的橡皮筋受到的拉

5、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，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k＝__________N/m. (4)這種橡皮筋的楊氏模量Y等于__________． 解析：(1)在彈性限度范圍內(nèi)，彈力F與伸長(zhǎng)量x成正比有F＝kx，又由題意知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)際單位可得楊氏模量的單位是N/m2，即Pa.答案：D. (2)根據(jù)精確度判斷，毫米刻度尺精確度為1 mm，螺旋測(cè)微器精確度為0.01 mm，即a是毫米刻度尺，b是

6、螺旋測(cè)微器． (3)作圖如圖所示．根據(jù)圖線斜率的物理意義表示勁度系數(shù)k，得k＝≈3.1×102 N/m. (4)根據(jù)Y＝kL/S求得Y≈5×106 Pa. 4. 某同學(xué)用如圖所示裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．他先測(cè)出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g＝9.8 m/s2) 砝碼質(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

7、 30.66 34.60 42.00 54.50 (1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在下圖坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量 m的關(guān)系曲線． (2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在__________范圍內(nèi)，彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿(mǎn)足胡克定律．這種規(guī)格彈簧勁度系數(shù)為_(kāi)_________N/ m. 思路點(diǎn)撥：(1)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，然后根據(jù)各點(diǎn)的分布與走向，用平滑的曲線(或直線)連接各點(diǎn)． (2)滿(mǎn)足胡克定律的應(yīng)是圖線中的直線部分． 解析：(1)如圖所示 (2)根據(jù)圖線可以看出，當(dāng) m≤5.00×102 g＝0.5 kg時(shí)，標(biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量 m成一次函數(shù)關(guān)系，所以

8、當(dāng)F＝ mg≤4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿(mǎn)足胡克定律．k＝25 N/m. 5. 通過(guò)“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，我們知道在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(zhǎng)(或壓縮)量x成正比，并且不同的彈簧，其勁度系數(shù)不同．已知一根原長(zhǎng)為L(zhǎng)0、勁度系數(shù)為k1的長(zhǎng)彈簧A，現(xiàn)把它截成長(zhǎng)為L(zhǎng)0和L0的B、C兩段，設(shè)B段的勁度系數(shù)為k2、C段的勁度系數(shù)為k3，關(guān)于k1、k2、k3的大小關(guān)系，同學(xué)們做出了如下猜想： 甲同學(xué)：既然是同一根彈簧截成的兩段，所以，k1＝k2＝k3 乙同學(xué)：同一根彈簧截成的兩段，越短勁度系數(shù)越大，所以，k1

9、數(shù)越大，所以k1>k2>k3 (1)為了驗(yàn)證猜想，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成．實(shí)驗(yàn)所需的器材除鐵架臺(tái)外，還需要的器材有__________． (2)簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟． (3)如圖是實(shí)驗(yàn)得到的圖線．根據(jù)圖線得出彈簧的勁度系數(shù)與彈簧長(zhǎng)度有怎樣的關(guān)系？ 解析：本題考查探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．根據(jù)胡克定律和該實(shí)驗(yàn)的原理，可以得出正確答案． 答案：(1)刻度尺、已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼(或彈簧測(cè)力計(jì)) (2)實(shí)驗(yàn)步驟： a．將彈簧B懸掛在鐵架臺(tái)上，用刻度尺測(cè)量其長(zhǎng)度LB. b．在彈簧B的下端掛上鉤碼，記下鉤碼的個(gè)數(shù)(如n個(gè))，并用刻度尺測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度L1. c．由F＝ m

10、g計(jì)算彈簧的彈力；由x＝L1－LB計(jì)算出彈簧的伸長(zhǎng)量．由k＝計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)． d．改變鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟b、c，并求出彈簧B的勁度系數(shù)k2的平均值 e．按實(shí)驗(yàn)步驟a、b、c、d求出彈簧C的勁度系數(shù)k3的平均值． f．比較k1、k2、k3得到結(jié)論． (3)從同一根彈簧上截下的幾段，越短的勁度系數(shù)越大(或越長(zhǎng)的勁度系數(shù)越小) 6.幾個(gè)同學(xué)合作用如圖甲所示裝置探究“彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”，他們先讀出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度(圖中標(biāo)尺等分刻度只是示意圖)，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，依次讀出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下(彈簧彈力始終未超過(guò)彈性限度，重

11、力加速度g＝9.8 m/s2)： 砝碼質(zhì)量m/g 0 50 100 150 200 250 標(biāo)尺刻度x/10－2 m 6.00 8.02 10.00 13.12 14.10 15.92 (1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量 m的關(guān)系曲線． (2)根據(jù)作出的關(guān)系曲線，可以求得這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_________N/m(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． (3)從裝置示意圖可看出，彈簧不掛砝碼時(shí)，刻度尺的“0”刻度與彈簧的上端沒(méi)有對(duì)齊，這對(duì)準(zhǔn)確測(cè)出勁度系數(shù)是否有影響？__________(填“有影響”或“無(wú)影響”)．

12、答案：(1)如圖所示 (2)24.5(24.5～25.0均可) (3)無(wú)影響 7. [2020·山東安丘一中]以下是一名同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)． (1)下列實(shí)驗(yàn)步驟是這名同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請(qǐng)你幫他按操作的先后順序，將各步驟的順序號(hào)寫(xiě)在橫線上__________． 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(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)； 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把刻度尺； 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

13、碼靜止時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼； E．以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫(xiě)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)下表是這名同學(xué)探究彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)： 彈力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 彈簧原來(lái)長(zhǎng)度l0/ cm 15 15 15 15 15 彈簧后來(lái)長(zhǎng)度l/ cm 16.2 17.3 18.5 19.6 20.8 彈簧伸長(zhǎng)量x/ cm ①算出每一次彈簧的伸長(zhǎng)量，并將結(jié)果填在上表的空格內(nèi)． ②在坐標(biāo)紙上作出F－x圖象． ③寫(xiě)出曲線的函數(shù)表達(dá)式：__________.(x以 cm為單位) ④函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義：__________. 解析：(1)C，B，D，A，E，F(xiàn) (2)①如下表所示. 彈力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 彈簧伸長(zhǎng)量x/ cm 1.2 2.3 3.5 4.6 5.8 ②如圖所示． ③F＝0.43x ④函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)為彈簧的勁度系數(shù)，表示使彈簧每伸長(zhǎng)或壓縮0.01 m(1 cm)所需的拉力大小為0.43 N