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题型:实验题 难度:0.65 引用次数:871 题号:15264975
某兴趣小组的同学为了测量如图甲所示的磁极已知的方形磁铁表面附近磁场的磁感应强度的大小,设计了如图乙所示的装置,图乙中两根完全相同的弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘连接。已知方形磁铁的长度远大于金属棒的长度,现进行如下操作:

a.断开开关S,用刻度尺测量两根轻弹簧的长度均为
b.用刻度尺测量金属棒ab的长度为L
c.将方形磁铁置于金属棒ab附近,使方形磁铁在金属棒ab处的磁场垂直于纸面向里(可视为匀强磁场);
d.闭合开关S,待系统稳定后,记录电流表的示数为I,用刻度尺测量两根轻弹簧的长度均为
e.保持方形磁铁与金属棒ab的距离不变,在小范围内改变方形磁铁相对于金属棒ab的位置,重复实验。
回答下列问题:
(1)两根轻弹簧的长度______(填“>”“=”或“<”);
(2)实验中______(填“需要”或“不需要”)测量金属棒ab的质量;
(3)已知轻弹簧的劲度系数为k,则方形磁铁表面附近磁场的磁感应强度______。(用已知量和测量的物理量表示)

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【推荐1】实验小组测量某弹簧的劲度系数,弹簧形状如图甲。把弹簧悬挂在铁架台上,并在弹簧旁边沿竖直方向固定一刻度尺,刻度尺的零刻度对齐弹簧上端。0个钩码时,弹簧长5.5cm。在弹簧下端逐个增挂钩码,每个钩码重力为0.5N,并记录弹簧的长度,如表所示。
表1:弹簧长度与钩码个数关系

数据编号

A

B

C

D

E

F

G

H

n(钩码个数)个

1

2

3

4

5

6

7

8

L(弹簧长度)/cm

6.10

8.10

10.11

12.10

14.09

16.10

18.09

20.11


(1)把表1中数据全部描在图乙上(已描好四个数据点),并根据图中的点拟合出该弹簧的L-n图像。___________
(2)根据图乙中的拟合直线可以判断该弹簧的劲度系数为___________N/m(结果保留2位有效数字)。该拟合直线在纵轴上的截距表示___________的理论值,该理论值与实际值___________(填“相等”或“不相等”)
(3)小明通过在弹簧下端预先挂上重物的方法“改造弹簧”,使弹簧处于拉伸状态。然后逐个增挂钩码,重新绘制出L-n图像。根据该L-n图像测量出弹簧的劲度系数将___________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(4)小明发现,利用L-n图像求劲度系数不够直观,需要将图线斜率进行转化。如想令图线斜率直接等于待测的劲度系数,且以N/m为单位。则需要计算并添加___________的数据行,并将L行单位化为m,再作___________图像。
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【推荐2】某同学探究图甲中台秤的工作原理。他将台秤拆解后发现内部简易结构如图乙所示,托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C固定连在一起,齿轮D半径为R可无摩擦转动,与齿条C完全啮合,在齿轮上固定指示示数的轻质指针E,两根完全相同的弹簧将横杆H吊在秤的外壳Ⅰ上。他想根据指针偏转角度测量弹簧的劲度系数,经过调校,托盘中不放物品时,指针E恰好指在竖直向上的位置。若放上质量为m的物体时指针偏转了θ弧度()齿条的位移为,重力加速度为g

(1)指针偏转了θ弧度的过程,弹簧变长了_________(用题干中所给的参量表示)。
(2)每根弹簧的劲度系数表达式为k=____________(用题干所给的参量表示)。
(3)该同学进一步改进实验,引入了角度传感器测量指针偏转角度,先后做了六次实验,得到数据并在坐标纸上作出图丙,可得到每根弹簧的劲度系数为__________N/m(R=2.50cm,g=9.8m/s2,结果保留3位有效数字)。
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【推荐3】已知轻弹簧的弹性势能和劲度系数的关系为为弹簧形变量).物理小组设计如图(a)所示实验装置测量某一轻弹簧的劲度系数:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接,向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧的劲度系数.

(1)实验中涉及到下列操作步骤:
①测量物块的质量            ②把纸带向左拉直        ③松手释放物块
④接通打点计时器电源     ⑤向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量
上述步骤正确的操作顺序是_____________(填入代表步骤的序号).
(2)测得物块质量为200g,图(b)中L纸带是把弹簧压缩2cm后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为__m/s,弹簧的劲度系数为___N/m.
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