【步步高】2014-2015学年高中物理 3.2 弹力(二)每课一练 沪科版必修1
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这篇资料主要涉及高中物理中的弹力相关知识,具体是关于弹簧的形变与弹力的关系。弹力是物体由于弹性形变而产生的力,这里主要通过实验和图像分析来探讨弹力与弹簧伸长量之间的定量关系——胡克定律。 1. 胡克定律指出,弹簧的弹力(F)与其形变量(x)成正比,比例常数称为劲度系数(k),即 F = kx。在图1和图2的实验中,通过对弹簧施加不同的拉力或压力,获取了弹力与弹簧长度的关系图像,可以发现弹力不是与弹簧的长度成正比,而是与弹簧的形变量成正比。图像的斜率即为劲度系数,图2中的k=200 N/m。 2. 在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中,根据F-L图像可以得出: - 弹簧的原长(L0)是当弹力为零时的长度,对应于F-L图像的横轴起点,此处为10 cm。 - 劲度系数(k)可以通过图像的斜率计算得出,如图2所示,k=200 N/m。 - 弹簧处于压缩状态时,其长度小于原长,如图2中的b线所示。 3. 在第三个问题中,图像上端成为曲线是因为超过了弹簧的弹性限度,即弹簧的形变量过大,导致弹力与形变量不再遵循线性关系。甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为66.7 N/m和200 N/m,制作精确度较高的弹簧测力计应选用劲度系数较小的弹簧,因为这样对同样大小的力,弹簧的形变量更大,读数更准确,所以选择甲弹簧。 4. 第四题中,通过实验数据绘制m-l关系图线,并计算弹簧的劲度系数。劲度系数k可以通过图像的斜率计算,例如取两个点的横坐标差Δl作为形变量,纵坐标差Δm作为弹力差,得到k=ΔF/Δx。此处得到的k值约为0.261 N/m。 5. 最后一个问题中,通过实验数据绘制了F-x图像,得出的结论是,在弹性限度内,弹力F与弹簧的形变量x成正比。劲度系数k可以通过图像的斜率得出,这里k=25 N/m。如果将弹簧的总长度作为横坐标,而不是形变量,那么作出的图像会呈现非线性,如选项C所示。 这些练习题和实验旨在帮助学生理解并掌握胡克定律,了解弹力与弹簧形变量的关系,以及如何通过实验数据来确定弹簧的劲度系数。同时,这也强调了实验操作中的注意事项,如不能超过弹簧的弹性限度,以及正确解读和处理实验数据的方法。
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