Question

【題目】（19分）（1）在“研究彈簧的形變與外力的關系”的實驗中，將彈簧水平放置，測出其自然長度，然后豎直懸掛讓彈簧自然下垂，在其下端豎直向下施加外力F。實驗過程是在彈簧的彈性限度內進行的。用記錄的外力F與彈簧的形變量x作出的F－x圖線如圖所示。

①由圖求出彈簧的勁度系數(shù)k＝________；

②圖線不過原點的原因是：_______________________；

③橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內彈力F與伸長量x成正比，即F＝kx，式中k值與橡皮筋的原長l0、橫截面積S有關。理論與實驗都表明，其中Y是由材料決定的常數(shù)，材料力學中稱為楊氏模量。在國際單位中，楊氏模量Y的單位是________。

A．N B．m C．N／m D．N／m2

（2）2014年10月7日三位日本科學家因發(fā)明“高亮度藍色發(fā)光二極管”獲得本年度諾貝爾物理學獎，發(fā)光二極管簡稱為LED。因其工作電壓低、能耗低、壽命長而得到普遍推廣，現(xiàn)已經(jīng)走進了我們的生活。某實驗小組要精確測定額定電壓為3 V的LED燈正常工作時的電阻，已知該燈正常工作時電阻大約500Ω，電學符號與小燈泡電學符號相同。

實驗室提供的器材有：

A．電流表A1(量程為0～10 mA，內阻RA1約為3Ω)

B．電流表A2(量程為0～3 mA，內阻RA2＝15Ω)

C．定值電阻R1＝697Ω

D．定值電阻R2＝1985Ω

E．滑動變阻器R(0～20Ω)一只

F．電壓表V(量程為0～12 V，內阻RV約1kΩ)

G．蓄電池E(電動勢為12 V，內阻很小)

F．開關S一只

①小組采用如圖所示電路圖測量，請選擇合適的器材將圖補充完整，電表1為_____，電表2為_____，定值電阻為____。（填寫器材前的字母編號）

②若電表1的示數(shù)為x，電表2的示數(shù)為y，請寫出測量LED燈正常工作時的電阻表達式Rx＝_____________(填字母)，當表達式中的_____(填字母)達到_____(填讀數(shù))，記下另一電表的讀數(shù)代入表達式，其結果為LED燈正常工作時電阻。

Answer 1

【答案】 100N/m 彈簧自身有重力 D A B D y 1.5

【解析】(1) 根據(jù)胡克定律可得，通過求該圖象斜率即可，k=100N/m;；

(2) 圖像不過原點是因為彈簧本身有自重，與橫坐標交點為原長；

(3)由公式F=kx可知，k的單位為N/m，

由公式可得：，所以Y的單位為N/m2，故D正確；

(4) 要精確測定額定電壓為3V的LED燈正常工作時的電阻，需測量LED燈兩端的電壓和通過LED燈的電流，由于電壓表的量程較大，測量誤差較大，不能用已知的電壓表測量LED兩端的電壓，可以將電流表A2與定值電阻串聯(lián)改裝為電壓表測量電壓；改裝電壓表的內阻：，A2的內阻約為15，故定值電阻應選D；

LED燈正常工作時的電流約為，所以電表1應用A；

(5)根據(jù)歐姆定律可知：，改裝后的電壓表內阻為RV=1985+15Ω=2000Ω，則當I2=1.5mA時，LED燈兩端的電壓為3V，達到額定電壓，測出來的電阻為正常工作時的電阻。