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题目
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用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4m,横截面积为0.8cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000,由于这一拉力很大,杆又较长,直接测试有困难,就选用同种材料制成样品进行测试,通过测试,取得数据如下:
答案
核心考点
试题【用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这一发现为后人】;主要考察你对弹力等知识点的理解。[详细]
举一反三
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长度L
拉力F伸长x截面积S250N500N750N1000N
1m0.05cm20.04cm0.08cm0.12cm0.16cm
2m0.05cm20.08cm0.16cm0.24cm0.32cm
3m0.05cm20.12cm0.24cm0.36cm0.48cm
1m0.10cm20.02cm0.04cm0.06cm0.08cm
1m0.20cm20.01cm0.02cm0.03cm0.04cm
(1)由表格中的数据可得
当金属材料的截面积S、拉力F不变时,金属材料伸长量x与长度L成正比,即x∝L;
当金属材料的截面积S、长度L不变时,金属材料伸长量x与拉力F成正比,即x∝F;
当金属材料的长度L、拉力F不变时,金属材料伸长量x与截面积S成反比,即x∝
1
S

综上所述,有x∝
FL
S

设比例系数为k,则所求的线材伸长量x满足的关系是x=k
FL
S

取L=1m,S=0.05cm2=5×10-6m2,F=250N,x=0.04cm=4×10-4m
代入上式得k=8×10-12m2/N.       
所以x=8×10-12×
FL
S
                          
(2)在寻找上述关系中,先运用了控制变量法:找伸长量x与某一个量的关系时先控制其他物理量不变;而后运用了归纳法,总结出最后的结论.              
(3)对新材料制成的金属细杆,长度L=4m,截面积S=0.8cm2=8×10-5m2
最大伸长量x=
4
1000
m=4×10-3m
代入导出的公式x=k
FL
S
有    
金属细杆承受的最大拉力是10000N.
答:(1)线材伸长x与材料的长度L、材料的截面积S及拉力F的函数关系是x=8×10-12×
FL
S

(2)在寻找上述关系中,运用了控制变量法.
(3)通过对样品的测试,新材料制成的金属细杆能承受的最大拉力是10000N.
在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中,将弹簧水平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧外力的弹性限度内进行的.用记录的外力F与弹簧的形变量x,作出F-x图线如图所示,由图可知弹簧的劲度系数为______ N/m,图线不过坐标原点的原因是由于______.魔方格
原长为16cm的轻质弹簧,当甲、乙两人同时用100N的力由两端反向拉时,弹簧长度变为18cm;若将弹簧一端固定在墙上,另一端由甲一人用200N的拉,这时弹簧长度变为______cm,此弹簧的劲度系数为______ N/m.
利用研究弹力和弹簧伸长关系的实验,测定弹簧的劲度系数.用一测力计水平拉一端固定的弹簧,测出的几组弹力F与弹簧长度L对应的数据如表格所示:
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F/N1.101.502.002.803.404.00
L/cm22.0022.3522.6023.2023.6024.00
明明在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系.下表是该同学的实验数据.实验时弹力始终未超过弹性限度.
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砝码质量m/g020406080100
弹簧总长度l/cm6.07.28.39.510.611.8
一位同学做“探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系”所测的几组数据如下表,请你根据表中数据做好分析.
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弹力(F/N)0.51.01.52.0
弹簧原来长度(L0/cm)15151515
弹簧后来长度(L/cm)16.017.117.919.0
弹簧伸长量(x/cm)