某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧弹性势能与压缩量的关系①如图23(a),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部
题型:不详难度:来源:
某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧弹性势能与压缩量的关系
①如图23(a),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表,由数据算得劲度系数k= N/m。(g取9.80m/s2)
砝码质量(g)
| 50
| 100
| 150
| 弹簧长度(cm)
| 8.62
| 7.63
| 6.66
| ②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图23(b)所示:调整导轨,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小 。 ③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为 。 ④重复③中操作,得到v与x的关系如图23(c)。由图可知,v与x成 关系。由上述实验可得结论:对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的 成正比。 |
答案
①50N/m(49.5~50.5) ②相等 ③动能 ④正比;x2(或压缩量的平方) |
解析
试题分析:①据,,有:,则,同理可以求得:,则劲度系数为:。[②使滑块通过两个光电门时的速度相等,则可以认为滑块离开弹簧后做匀速直线运动;③弹性势能转化为滑块的动能;④图线是过原点的倾斜直线,所以v与x成正比;弹性势能转化为动能,即,即弹性势能与速度平方成正比,又由v与x成正比,则弹性势能与压缩量的平方成正比。 |
举一反三
某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系;实验装置如图(a)所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度;设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg砝码时,各指针的位置记为x;测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2).已知实验所用弹簧的总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm.
| P1
| P2
| P3
| P4
| P5
| P6
| x0 (cm)
| 2.04
| 4.06
| 6.06
| 8.05
| 10.03
| 12.01
| x(cm)
| 2.64
| 5.26
| 7.81
| 10.30
| 12.93
| 15.41
| n
| 10
| 20
| 30
| 40
| 50
| 60
| k(N/m)
| 163
| ①
| 56.0
| 43.6
| 33.8
| 28.8
| 1/k(m/N)
| 0.0061
| ②
| 0.0179
| 0.0229
| 0.0296
| 0.0347
| (1)将表中数据补充完整:①,②; (2)以n为横坐标,1/k为纵坐标,在图(b)给出的坐标纸上画出1/k-n图象;
(3)图(b)中画出的直线可以近似认为通过原点;若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k= ③ N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的表达式为k= ④ N/m. |
(10分)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究。
(1)某次测量如图2所示,指针示数为___________cm。 (2)在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数LA和LB如表1。用表1数据计算弹簧1的劲度系数为_________N/m(重力加速度g=10m/s2)。由表1数据____________(填“能”或“不能”)计算出弹簧2的劲度系数。 |
(10分)小明通过实验验证力的平行四边形定则。 (1)实验记录纸如题图所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。
(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。 实验装置如题图所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。
两次实验记录的轨迹如题图所示,过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为 。
(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些? (填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 | B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长 | C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大 | D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大 | (4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。 。 |
如图,用手提一劲度系数很小的弹簧一端让其自由下垂,静止时,弹簧由于自身重力作用处于伸长状态,不计空气阻力,则以下说法正确的是
A.释放瞬间弹簧底端加速度为零 | B.弹簧处于静止状态时弹簧中的弹力处处相等 | C.释放后弹簧将保持长度不变下落 | D.释放弹簧后,弹簧下落的同时从两端向中间收缩 |
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如图所示,在倾角为30的光滑斜面上端系有一劲度系数为200 N/m的轻质弹簧,弹簧下端连一个质量为2kg的小球,球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变.若挡板A以4 的加速度沿斜面向下做匀加速运动,取g=10,则
A.小球向下运动0.05 m时速度最大 | B.小球向下运动0.01 m时与挡板分离 | C.小球速度最大时与挡板分离 | D.小球从一开始就与挡板分离 |
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