解题思路:(1)通过刚性系数的表达式,可以看出,弹簧的刚性系数和匝数为反比例函数关系,因此,b是符合题意的;
(2)通过表格可以看出铜与钢谁的刚性系数更大,再根据相同条件下,刚性系数越大的弹簧越难被拉伸这一规律可做出判断;
(3)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2、4行数据,3、5行数据,4、6行数据,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;
(4)利用归纳得出的公式求出钢制造的弹簧的k值,将数据代入进行计算可得出弹簧的横截面积.
(1)观察图象可知,b为成正比图象,a是A随弹簧匝数n的增加而减小,故图象a与研究的数据结果相符;
(2)比较表格第2、3行中的刚性系数A可知,钢的刚性系数大于铜的刚性系数,因此,在相同条件下,铜做成的弹簧会更容易被拉长;
(3)根据控制变量法的要求,比较第2、4行数据可得,横截面积S之比的平方,等于刚性系数A之比;比较第3、5行数据可得,弹簧的匝数n扩大一倍,刚性系数A减小一半;比较第4、6行数据可得,弹簧的半径r之比的平方,等于刚性系数A之比.综合以上分析可得,A=k•
S2
nr3;
(4)由(1)可知,弹簧的刚性系数A的表达式为A=k•
S2
nr3,
取任意一组钢制造的弹簧的实验数据代入弹簧的刚性系数A的表达式,以实验2数据代入为例,
180N/m=k钢
(3×10−6m2)2
60×(3×10−2m)3,解得k钢=1.08×1010N/m2,
则钢制造的弹簧的刚性系数A的表达式为A=1.08×1010N/m2×
S2
nr3,
将数据代入得,100N/m=1.08×1010N/m2×
S2
60×(3×10−2m)3,
解得:S=3×10-6m2.
故答案为:(1)a;(2)铜;(3)
S2
nr3;(4)3×10-6m2.
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,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,本题的难点在于当有两个变量均改变时,如何研究其中的一个变量与刚性系数之间的关系,我们可以通过前面的关系式,推导得出一组新的只有一个变量改变的实验数据再进行分析比较.