题目:
对一根用新材料制成的金属杆M进行抗拉测量.这根金属杆长4m,横截面积为0.8cm
2,设计要求使它受到拉力后的伸长量不超过原长的1/1000.由于这一拉力很大,杆又很长.直接测试有困难,现选用这种材料制成样品进行测试,得到不同情况下的伸长量如下表所示.

(1)测试结果表明,样品受拉力作用后,其伸长量与样品长度的关系是怎样的?与样品的横截面积的关系是怎样的?
(2)完成表格中的数据,计算待测金属杆M能够承受的最大拉力是多大?
(3)数据表明,金属杆能承受的最大拉力与什么因素有关?
答案
解:设样品的长度为L(m),横截面积为S(cm
2),受到的拉力为F(N),伸长量为x(cm);
(1)由表格知:
1、当受到的拉力F、横截面积S一定时,伸长量x与样品长度L成正比;…①
2、当受到的拉力F、样品长度L一定时,伸长量x与横截面积S成反比;…②
3、当样品长度L、横截面积S一定时,伸长量x与受到的拉力F成正比;…③
由1、2的结论,可知答案为:正、反.
(2)由①②③三个结论,可以归纳出,x与L、S、F之间存在一定量的比例关系,设这个比值为k,那么有:
x=k·
(k为比例系数);
任取一组数据,当L=1m,F=300N,S=0.05cm
2=5×10
-6m
2,x=0.04cm=4×10
-4m;代入上式,得:
4×10
-4m=k·
,解得:k=
×10
-12m
2/N;
由题意知:待测金属杆M承受最大拉力时,其伸长量为原来的1/1000,即4×10
-3m;
此时 S=0.8cm
2=8×10
-5m
2,L=4m;代入上面的公式x=k·
中,得:
4×10
-3m=
×10
-12m
2/N×
,解得:F=12000N.
即:待测金属杆M能够承受的最大压力为12000N.
(3)在(2)题中,得出了伸长量x与所受拉力F、横截面积S、样品长度L的关系式:x=k·
;
变形后可得:F=
;由于设计要求的规定:受到拉力后的伸长量不超过原长的1/1000,因此
的值一定;
那么在式子中,
一定时,金属杆所受的最大拉力F与横截面积S有关系,且关系为:
样品受到的最大拉力与横截面积成正比.
解:设样品的长度为L(m),横截面积为S(cm
2),受到的拉力为F(N),伸长量为x(cm);
(1)由表格知:
1、当受到的拉力F、横截面积S一定时,伸长量x与样品长度L成正比;…①
2、当受到的拉力F、样品长度L一定时,伸长量x与横截面积S成反比;…②
3、当样品长度L、横截面积S一定时,伸长量x与受到的拉力F成正比;…③
由1、2的结论,可知答案为:正、反.
(2)由①②③三个结论,可以归纳出,x与L、S、F之间存在一定量的比例关系,设这个比值为k,那么有:
x=k·
(k为比例系数);
任取一组数据,当L=1m,F=300N,S=0.05cm
2=5×10
-6m
2,x=0.04cm=4×10
-4m;代入上式,得:
4×10
-4m=k·
,解得:k=
×10
-12m
2/N;
由题意知:待测金属杆M承受最大拉力时,其伸长量为原来的1/1000,即4×10
-3m;
此时 S=0.8cm
2=8×10
-5m
2,L=4m;代入上面的公式x=k·
中,得:
4×10
-3m=
×10
-12m
2/N×
,解得:F=12000N.
即:待测金属杆M能够承受的最大压力为12000N.
(3)在(2)题中,得出了伸长量x与所受拉力F、横截面积S、样品长度L的关系式:x=k·
;
变形后可得:F=
;由于设计要求的规定:受到拉力后的伸长量不超过原长的1/1000,因此
的值一定;
那么在式子中,
一定时,金属杆所受的最大拉力F与横截面积S有关系,且关系为:
样品受到的最大拉力与横截面积成正比.