人教高中物理专题15 力学实验（精练）（解析版）.docx

2023年高考物理二轮复****讲练测
专题15 力学实验（精练）
1．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关。理论与实验都表明k=Y，其中Y是由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量。
（1）在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是___________
A．N                  B．m                  C．N/m              D．Pa
（2）有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用螺旋测微器和刻度尺分别测量它的直径和长度如图（a）和图（b）所示，刻度尺的读数为___________cm，螺旋测微器的读数为___________mm。
（3）小华通过实验测得该橡皮筋的一些数据，作出了外力F与伸长量x之间的关系图像如图（c）所示。由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=___________N/m，这种橡皮筋的Y值等于___________（结果保留两位有效数字）。
（4）图像中图线发生弯曲的原因是___________。
【答案】     D     11.98（11.96~12.00均正确）     3.999（3.998~4.000均正确）     319.1     3.0×106 Pa     橡皮筋受力发生的形变超出其弹性限度，不再遵循弹力F与伸长量x成正比的规律
【详解】（1）[1]根据表达式得已知k的单位是 N/m，L的单位 m，S的单位是 m2，所以Y的单位是 N/m2，也就是 Pa，故D项正确。
（2）[2][3]刻度尺从零开始，橡皮筋的尾部接近12.00，则读数估读为11.98 cm；螺旋测微器固定部分读数3.5 mm，转动部分读数为49.9，故读数为3.5 mm＋49.9×0.01 mm=3.999 mm。
（3）[4]根据胡克定律F=kx可知，图像的斜率大小等于劲度系数大小，由图像求出劲度系数为
k=N/m=319.1 N/m
[5]根据可得
（4）[6]当弹力超过其弹性限度时，胡克定律不再适用，即不再遵循伸长量x与弹力F成正比的规律，故图线发生弯曲。
2．某兴趣小组的同学想探究橡皮圈中的张力与橡皮圈的形变量是否符合胡克定律，若符合胡克定律，则进一步测量其劲度系数（圈中张力与整圈形变量之比）。他们设计了图1所示实验:橡皮圈上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，橡皮圈下端悬挂钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应橡皮圈下端P的刻度值x，如下表所示:
钩码质量m/g
20
40
60
80
100
120
P点刻度值x/cm
5.53
5.92
6.30
6.67
7.02
7.40
（1）请在图2中，根据表中所给数据，充分利用坐标纸，作出图像。______
（2）作出图像后，同学们展开了讨论。
甲同学认为：这条橡皮圈中的张力和橡皮圈的形变量基本符合胡克定律；
乙同学认为：图像的斜率k即为橡皮圈的劲度系数；
丙同学认为：橡皮圈中的张力并不等于所挂钩码的重力；
……
请根据图像数据确定:橡皮圈不拉伸时的总周长约为______cm，橡皮圈的劲度系数约为______N/m（重力加速度g取10 m/s2，结果保留3位有效数字）。
（3）若实验中刻度尺的0刻度略高于橡皮圈上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将______ （选填“偏小”、“偏大”或“不受影响”）。
【答案】          10.40     54.5     不受影响
【详解】（1）[1]描点作出图像如图所示
（2）[2][3]由图像可知，橡皮圈不拉伸时P点到O点的距离约为5.20cm，则橡皮圈的总周长约为10.40cm。由图像可知，橡皮圈的劲度系数等于
（3）[4]若实验中刻度尺的0刻度略高于橡皮圈上端结点O，因计算劲度系数时考虑的是橡皮圈的伸长量而不是长度，故由实验数据得到的劲度系数将不受影响。
3．某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材“验证力的平行四边形定则”，设计的实验装置如图，固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2。
（1）实验步骤如下：
①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F；
②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿150°方向，弹簧测力计的示数为
F1；
③根据力的平行四边形定