题目内容
2.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指同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的砝码时,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 |
(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,若从试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的关系表达式为k=$\frac{1.67×1{0}^{3}}{n}$N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系表达式为k=$\frac{3.47}{{l}_{0}}$N/m.
分析 (1)弹簧的圈数相同的情况下,劲度系数是相同的,根据P2的示数,利用胡克定律即可以求得此时的劲度系数的大小;
(2)应用描点法作出得出对应的图象;
(3)根据得出的图象进行分析,根据图象的性质可明确对应的表达式.
解答 解:(1)根据P2的示数可知,
P2部分的原长为4.06cm,拉伸后的长度为5.26cm,
根据胡克定律可得,
k=$\frac{F}{△x}$=$\frac{0.1×9.8}{(5.26-4.06)×1{0}^{-2}}$=81.7N/m,
倒数为$\frac{1}{81.7}$=0.0122;
(2)根据表中的数据画出图象,如图所示:![]()
(3)根据得到的图象可知,
$\frac{\frac{1}{k}}{n}$=$\frac{0.03}{50}$,
解得,k=$\frac{1.67×1{0}^{3}}{n}$;
从题中的数据可以发现,劲度系数与自由长度的乘积近似相等,
即kl1=3.47,
所以弹簧的劲度系数k与其自由长度l1(单位为m)的关系的表达式为k=$\frac{3.47}{{l}_{0}}$.
故答案为:(1)81.7,0.0122,
(2)如图所示;
(3)$\frac{1.67×1{0}^{3}}{n}$(在$\frac{1.66×1{0}^{3}}{n}$~$\frac{1.83×1{0}^{3}}{n}$之间都可以);
$\frac{3.47}{{l}_{0}}$(在$\frac{3.31}{{l}_{0}}$~$\frac{3.62}{{l}_{0}}$之间都可以).
点评 本题关键根据胡克定律得到弹簧弹力和长度的关系公式,分析得到图象的物理意义,最后结合图象求解劲度系数.
练习册系列答案
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