问题标题:
【某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图甲所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针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】
问题描述:
某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图甲所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针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,指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为;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表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为)。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。
(1)将表中数据补充完整:①____;②____。
(2)以n为横坐标,l/k为纵坐标,在图乙给出的坐标纸上画出l/k-n图象。
____
(3)图乙中画出的直线可近似认为通过原点,若从实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的关系的表达式为k=____N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度(单位为m)的关系的表达式为k=____N/m。
裴昌幸回答:
【分析】(1)弹簧的圈数相同的情况下,劲度系数是相同的,根据的示数,利用胡克定律即可以求得此时的劲度系数的大小;
n(2)根据表中的数据直接画图即可。
(1)根据的示数可知,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:
n,
n倒数为;
n(2)根据表中的数据画出图象,如图所示:
n(3)根据得到的图象可知:
n,
n解得:k=;
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,所以弹簧的劲度系数k与其自由长度(单位为m)的关系的表达式为:
nk=。
【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。
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