13.(2009·广东质检)17世纪英国物理学家胡克发现:在弹性限度内,弹簧的形变量与弹力成正比,这就是著名的胡克定律.受此启发,一组同学研究“金属线材伸长量与拉力的关系”的探究过程如下:
A.有同学认为:横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内,其伸长量与拉力成正比,与截面半径成反比.
B.他们准备选用一些“由同种材料制成的不同长度、不同半径的线材”作为研究对象,用螺旋测微器、激光测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律,以验证假设.
![]()
C.通过实验取得如下数据:
|
|
|
|
|
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后,对它们的假设进行了补充完善.
(1)上述科学探究活动的环节中,属于“制定计划”和“收集证据”的环节分别是(填字母代号)____________、____________.
(2)请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确.若有错误或不足,请给予修正.
________________________________________________________________________.
(3)求出这种线材的伸长量x与拉力F以及线材的长度L、截面积S之间的定量关系式.
[答案] (1)B、C
(2)他们的假设不是“全部正确”.在弹性限度内,金属丝的伸长量与拉力成正比,与截面半径的平方成反比,还与
金属丝的长度成正比.
(3)x=kFL/S,式中:k=xS/(FL)
=0.4×5/(250×1000)mm2/N=8×10-6mm2/N
(或k=xS/(FL)=0.4×5×10-9/(250×1)m2/N=8×10-12m2/N).
[解析] 根据科学探究的要素和题目给定的条件,显然A属于“猜想与假设”,B属于“制定计划”,C属于“收集证据”,D属于“分析、论证、评估”.通过详细而全面的分析、计算实验数据,才能判断他们的假设是否全部正确,并对错误或不足之处给予修正,然后还要根据实验数据和(2)中的结论,通过计算,求出这种线材的伸长量x与拉力F以及材料的长度L、截面积S之间的定量关系式.
11.某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,探究弹力和弹簧伸长量的关系.表中是该同学记录的实验数据,实验中弹簧始终未超过弹性限度.(g=10m/s2)
|
钩码质量m/g |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
|
弹簧总长度l/cm |
6.0 |
7.2 |
8.4 |
9.6 |
10.8 |
12.4 |
(1)根据实验数据在图所示坐标系中作出弹力F跟弹簧伸长量x的关系图象;
(2)根据图象得到弹簧的劲度系数是________N/m.
[答案] (1)见解析 (2)25
[解析] (1)利用题目给出的表格中钩码质量为零时弹簧的长度,可得弹簧原长为6.0cm;根据给出的六组数据分别计算出对应状态下弹簧的伸长量,可在弹力F与弹簧伸长量x的关系图象中确定出六个点,用平滑的曲线连结尽量多的点,如图所示.所得图象是过原点的一条直线,本实验中最后一点要舍弃.
(2)由所得图象,计算图象的斜率即为弹簧的劲度系数k=N/m=25N/m.