物理必修11 重力 基本相互作用习题

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【典例1】甲乙两名同学准备对实验室新买的弹簧进行实验研究,以探究弹簧弹力与伸长量之间的关系。
(1)以下是甲同学根据自己的设想拟定的实验步骤,请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上____________。
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来
B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度L0
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码,在钩码静止时,记下弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式
F.解释函数表达式中常数的物理意义
(2)乙同学做该实验时,未进行实验步骤B的操作,而是把弹簧平放在水平桌面上,测量出弹簧的自然长度记为L0。在操作步骤E中,是采用弹簧挂钩码时的长度减去L0作为弹簧伸长量。其余步骤与甲同学相同。不考虑其他因素引起的误差,弹簧伸长始终在弹性限度内,乙同学作出的图像应是下图中的______________。
【解析】(1)先组装实验器材,测定弹簧不挂重物时的长度,即CB,然后进行实验,在弹簧下端挂上钩码,测量挂上不同钩码的弹簧长度,即D,最后进行数据处理,即AEF,所以先后顺序为CBDAEF;(2)由于弹簧自身重力的影响,弹簧平放在水平桌面上的自然长度L0小于弹簧竖直放置的自然长度。设弹簧竖直放置的自然长度比弹簧平放在水平桌面上的自然长度长x0,竖直悬挂钩码时,根据胡克定律得,F=k(x-x0)=kx-kx0,知F与x成一次函数关系,且斜率表示弹簧的劲度系数,且横截距为x0,故B正确。
答案:(1)CBDAEF (2)B
数据处理
【典例2】某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。实验时,先把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x,数据记录如表所示。
(1)根据表中数据在图中作出F-x图线。
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=______N/m。
(3)图线与x轴的交点横坐标表示________,其数值________ L0(选填“大于”“等于”或“小于”),原因是__。
【解析】(1)描点作图,如图所示;
(2)图像的斜率表示劲度系数,故有:k== N/m=50 N/m。
(3)图线与x轴的交点横坐标表示弹簧不挂钩码时的长度,其数值大于弹簧原长,因为弹簧自身重力的影响。
答案:(1)见解析 (2)50 (3)弹簧不挂钩码时的长度 大于 弹簧自身重力的影响
钩码个数
1
2
3
4
5
弹力F/N
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
弹簧的长
度x/cm
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0