(2014•青岛二模)归纳式探究--研究弹簧的刚性系数:

(2014•青岛二模)归纳式探究--研究弹簧的刚性系数:
我们知道,弹簧受到的拉力越大,弹簧伸长的长度就越大.但是,用同样大小的力去拉两只不同的弹簧,伸长的长度不同,这说明弹簧有“软”、“硬”之分,容易被拉伸的弹簧比较软,反之比较硬.弹簧的软硬用它的刚性系数来表示.刚性系数越大,弹簧越硬.
为了研究弹簧的刚性系数与哪些因素有关,通过有关实验探究,取得数据如下(其中:S为制造弹簧的金属丝的横截面积,n为弹簧的匝数,r为弹簧的半径,A为弹簧的刚性系数):
材料 S/m2 n r/m A/(N•m-1
3×10-6 100 1×10-2 90
12×10-6 200 1×10-2 720
6×10-6 100 1×10-2 360
6×10-6 100 2×10-2 45
(1)A=k,其中k与制造弹簧的材料有关,材料不同,k值一般不同.上述实验中铜的k值k=______(填上数值和单位).
(2)用粗细相同的铜丝做成半径相同但匝数不同的弹簧,则弹簧的刚性系数和匝数的关系可以用图象中的图线______表示.
(3)用横截面积为9×10-6m2的铜丝制成一个30匝、刚性系数为100N/m的弹簧,则该弹簧的半径为
3
32
×10-2
3
32
×10-2
m.
gdw113 1年前 已收到1个回答 举报

zztaxi 幼苗

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解题思路:(1)实验中主要有四个变量,分别为材料、横截面积、弹簧匝数和弹簧的半径,根据控制变量法的要求,分别比较第1、3次数据,比较2、3次数据可以分析出弹簧匝数与A的关系,数据,3、4次数据,可分析出横截面积、弹簧匝数和弹簧的半径与A的关系,最终归纳出表达式,再利用表达式可计算出钢的k值,这种方法叫做等价变换法;
(2)通过刚性系数的表达式,可以看出,在其他条件相同时,弹簧的匝数越多,其刚性系数越小,因此,b是符合题意的;
(3)利用归纳得出的公式,将数据代入进行计算可得出弹簧的半径.

(1)根据控制变量法的要求,比较第1、3次数据可得,横截面积S之比的平方,等于刚性系数A之比;比较2、3次数据可知,如果n=100,第2次应A=1440N•m-1,实际n=200,A=720N•m-1,所以弹簧的匝数之比等于刚性系数之反比;比较第3、4行数据可得,弹簧的半径r之比的立方,等于刚性系数A之反比.综合以上分析可得,A=k•
S2
nr3;
选择第3行数据代入公式A=k•
S2
nr3得,180N/m=k•
(3×10−6m2)2
100×(1×10−2m2)3,解得k=2×109N/m2
将数据变在公式,这种方法叫做等价变换法.
(2)观察图象可知,a为成正比图象,b是A随弹簧匝数n的增加而减小,故图象b与研究的数据结果相符;
(3)由刚性系数的公式变形得,r=
3
KS2
An
,代入数据解得,r=3
32
×10-2m.
故答案为:
(1)2×109N/m2
(2)b
(3)3
32
×10-2

点评:
本题考点: 控制变量法与探究性实验方案.

考点点评: 本实验中的变量比较多,在分析数据时,必须在保证其他变量不变的情况下,依次分析其中的一个变量与刚性系数之间的关系,最终综合成公式的形式,这种归纳研究的方法称为等价变换;有了刚性系数的公式,剩余的问题基本要从公式入手进行分析和计算.

1年前

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