用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这一发现为后人对材料

发布时间:2020-08-08 22:24:00

用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长,十七世纪英国物理学家胡克发现,金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比,这就是著名的胡克定律.这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础.现有一根用新材料制成的金属杆,长为4m,横截面积为0.8cm2,设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000,由于这一拉力很大,杆又较长,直接测试有困难,就选用同种材料制成样品进行测试,通过测试,取得数据如下:



长度L拉力F伸长x截面积S250N500N750N1000N1m0.05cm20.04cm0.08cm0.12cm0.16cm2m0.05cm20.08cm0.16cm0.24cm0.32cm3m0.05cm20.12cm0.24cm0.36cm0.48cm1m0.10cm20.02cm0.04cm0.06cm0.08cm1m0.20cm20.01cm0.02cm0.03cm0.04cm(1)根据测试结果,推导出线材伸长x与材料的长度L、材料的截面积S及拉力F的函数关系.
(2)在寻找上述关系中,你运用了哪种科学方法?
(3)通过对样品的测试,求出新材料制成的金属细杆能承受的最大拉力.

网友回答

解:(1)由表格中的数据可得
当金属材料的截面积S、拉力F不变时,金属材料伸长量x与长度L成正比,即x∝L;
当金属材料的截面积S、长度L不变时,金属材料伸长量x与拉力F成正比,即x∝F;
当金属材料的长度L、拉力F不变时,金属材料伸长量x与截面积S成反比,即.
综上所述,有
设比例系数为k,则所求的线材伸长量x满足的关系是
取L=1m,S=0.05cm2=5×10-6m2,F=250N,x=0.04cm=4×10-4m
代入上式得k=8×10-12m2/N.???????
所以x=8×10-12×???? ?????????????????????
(2)在寻找上述关系中,先运用了控制变量法:找伸长量x与某一个量的关系时先控制其他物理量不变;而后运用了归纳法,总结出最后的结论.??????????????
(3)对新材料制成的金属细杆,长度L=4m,截面积S=0.8cm2=8×10-5m2,
最大伸长量代入导出的公式有????
金属细杆承受的最大拉力是10000N.
答:(1)线材伸长x与材料的长度L、材料的截面积S及拉力F的函数关系是x=8×10-12×.
(2)在寻找上述关系中,运用了控制变量法.
(3)通过对样品的测试,新材料制成的金属细杆能承受的最大拉力是10000N.
解析分析:由题可知伸长量x与样品的长度、横截面积、所受拉力都有关系,涉及的变量较多,因此采用“控制变量法”来确定它们之间的正、反比关系,然后将各种情况进行汇总,再运用比值定义法初步确定这几个量之间的数量关系,然后根据所得公式来判断样品能承受的最大拉力,以及与什么因素有关.

点评:本题的难度很大,题中共涉及4个变量,在解题过程中,综合应用了控制变量法、归纳法、比值定义法来进行分析、解答,对同学的综合素质要求很高,是一道考查能力的好题.
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