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试验:探究弹力和弹簧伸长的关系
(40分钟 50分)
1.(4分)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的试验中,有如下一些步骤
A.在弹簧下端挂上一个钩码,观看指针所指位置,测出弹簧的伸长x1
B.将弹簧固定悬挂在金属横杆上,将刻度尺竖直固定在弹簧旁,观看弹簧指针所指位置,并登记该位置
C.在坐标纸上建立平面直角坐标系,以F为纵坐标、x为横坐标,依据试验数据,选定两坐标轴适当的标度
D.将各组试验数据在平面坐标上进行描点,观看点的分布与走势,用平滑的线作出反映F和x对应规律的图像
E.将铁架台放在水平试验桌上,将金属横杆水平固定在铁架台上
F.给弹簧下端挂上两个钩码、三个钩码……,分别观看指针所指的位置,测出对应的伸长x2、x3……
G.依据图像和数据做出结论并整理仪器
试验中合理试验步骤排序为( )
A.EBAFCDG B.EBAFDCG
C.EBFCADG D.EAFBCDG
2.(4分)试验表明:弹簧弹力F的大小与弹簧的形变量x有如下关系F=kx,下列说法正确的是( )
A.式中的k反映了某个具体弹簧的一种性质
B.k与弹簧所受外力大小成正比
C.x是弹簧伸长或缩短后的长度
D.x是弹簧伸长或缩短后的长度相比不受力时长度的变化量
3.(4分)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像(如图乙)。则下列推断正确的是( )
A.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200 N/m
D.该弹簧受到反向作用力时,劲度系数不变
4.(4分)某同学在做争辩弹簧的形变与外力的关系试验时,将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂,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,转变外力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(试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。
5.(4分)(2011·安徽高考)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钩码,试验测出了钩码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出。(g=9.8m/s2)
(1)作出m -l的关系图线;
(2)弹簧的劲度系数为 N/m。(保留两位有效数字)
6.(15分)(2021·崇文区高一检测)为了探究弹力和弹簧伸长的关系,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,依据测得的数据绘出如图所示图像。
(1)从图像上看,该同学没能完全依据试验要求做,从而使图像上端成为曲线,图像上端成为曲线是由于 。
(2)这两根弹簧的劲度系数分别为 N/m和 N/m;若要制作一个精确程度较高的弹簧测力计,应选弹簧 。
7.(15分)用纳米技术处理过的材料叫纳米材料,其性质与处理前相比会发生很多变化,如机械性能会成倍地增加,对光的反射力气会变得格外低,熔点会大大降低,甚至有了特殊的磁性质。现有一种纳米合金丝,欲测出其伸长量x与所受拉力F、长度L的关系。
(1)测量上述物理量需要的主要器材是 、 等。
(2)若试验中测量的数据如表所示,依据这些数据请写出x与F、L间的关系式:x= 。(若用到比例系数,可用k表示。假设试验中合金丝直径的变化可忽视)
长度L/cm
伸长量x/cm
拉力F/N
5.00
0.20
50.0
5.00
0.40
100.0
10.00
0.40
50.0
(3)在争辩并得到上述关系的过程中,主要运用的科学争辩方法是 (只
需写出一种)。
答案解析
1.【解析】选A。试验应先放好铁架台后将弹簧竖直挂在支架上,再挂钩码,同时测弹簧的伸长量(或总长),作图探究弹力和伸长量的关系。选项A正确。
2.【解析】选A、D。劲度系数k反映了在相同形变量下,弹簧弹力大小的一个量度,由弹簧自身因素打算,与弹簧所受外力大小无关,A对,B错。x不是弹簧的实际长度,而是弹簧伸长或缩短后的长度与其不受力时长度的差值,C错,D对。
3.【解析】选B、C、D。由题图知,F-x图线是一条过原点的直线,当F=20N时,x=0.1m,k=ΔFΔx=F-0x-0=20-00.10-0N/m=200 N/m,弹簧伸长量的大小与受到的弹力大小成正比,其劲度系数k与构成弹簧的材料有关,可知A错,B、C、D正确。
4.【解析】当外力F=0时,弹簧的长度即为原长,则L0=10cm,图线的斜率就是弹簧的劲度系数
即k=10.0-0(30-10)×10-2N/m=50 N/m。
答案:10 50
5.【解析】(1)用一条平滑的线连接各点,所得m -l关系图线如图所示。
(2)由胡克定律知Δmg=kΔl,故弹簧的劲度系数k==2.5×10-3×9.8(18.2-8.6)×10-2N/m≈0.26N/m。
答案:(1)见解析图 (2)0.26
6.【解析】(1)在弹性范围内弹簧的弹力与形变量成正比,超过弹簧的弹性范围,则此规律不成立,所以所给的图像上端成为曲线,是由于形变量超过弹簧的弹性限度。
(2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为:
k甲=F甲Δx甲=46×10-2N/m=66.7 N/m
k乙=F乙Δx乙=84×10-2N/m=200 N/m
要制作一个精确程度较高的弹簧测力计,应选用确定的外力作用时形变量大的弹簧,故选甲弹簧。
答案:(1)形变量超过弹簧的弹性限度
(2)66.7 200 甲
7.【解析】(1)用弹簧测力计测量力的大小,用刻度尺测量长度。
(2)由题目所给的数据分析可知:当力确定时,伸长量与长度成正比;当长度确定时,伸长量和力成正比,故x=kFL(取一组数据验证,式中的k不为零)。
(3)争辩伸长量与拉力、长度的关系时,可以先把握某一个量不变,如长度不变,再争辩伸长量与拉力的关系,这种方法称为把握变量法。这是物理试验中的一个重要争辩方法。
答案:(1)弹簧测力计 刻度尺
(2)kFL (3)把握变量法
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