《2020年高考物理考点练习7.13 探究弹性势能实验（原卷版）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理考点练习7.13 探究弹性势能实验（原卷版）.doc（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（物理实验）第七部分 力学实验专题7.13 探究弹性势能实验1.（2019甘肃兰州一模）某探究小组在气垫导轨上研究弹簧弹性势能与形变量之间的关系，如图所示，在导轨的左端固定一挡板，在滑块的左端固定一个轻质弹簧，把气垫导轨调节水平以后，先缓慢向左移动滑块压缩弹簧，在刻度尺上测出弹簧的压缩量l再把滑块由静止释放，弹簧离开挡板后，测出遮光条通过光电门的时间t。改变弹簧的压缩量，重复上面的实验。已知滑块和遮光条的总质量为m，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能Ep。(1)该实验还需要测量的物理量是_；(2)该小组计算弹性势能的表达式是Ep=_；(3
2、)在多次测量后，该小组画出了Ep、Epl、Epl 2的函数关系图象，发现只有Epl 2的关系是一条过原点的直线，由此得出弹簧弹性势能与形变量的关系是_。2(2016四川卷)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在O点；在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连先用米尺测得B、C两点间距离s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A，静止释放，计时器显示遮光片从B到C所用的时间t，用米尺测量A、O之间的距离x. (1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是_.(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量_.A弹簧原长B当地重力加速度C
3、滑块(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x，计时器显示时间t将_.A增大 B减小 C不变3某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图所示。向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面。通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等。已知重力加速度大小为g。为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号)。A小球的质量mB小球抛出点到落地点的水平距离
4、sC桌面到地面的高度hD弹簧的压缩量xE弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek_。(3)图中的直线是实验测量得到的sx图线。从理论上可推出，如果h不变。m增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)；如果m不变，h增加，sx图线的斜率会_(填“增大”、“减小”或“不变”)。由图中给出的直线关系和Ek的表达式可知，Ep与x的_次方成正比。4.某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系.如图(a)，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测得相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k= N/m，（g取9.8m/s2
5、）砝码质量（g）50100150弹簧长度（cm）8.627.636.66取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如题9-1图(b)所示；调整导轨，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小 . 用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为 .重复中的操作，得到v与x的关系如题9-1图（c）。由图可知，v与x成 关系，由 上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的 成正比.5.水平放置的轻弹簧，一端固定，另一端与小滑块接触，但不粘连；初始时滑块静止于水平气垫导轨上的O点，如题9-5图（a）所示。现利用此装置探究弹簧的弹性势能E
6、p与其压缩时长度的改变量x的关系。先推动小滑块压缩弹簧，用米尺测出x的数值；然后将小滑块从静止释放。用计时器测出小滑块从O点运动至气垫导轨上另一固定点A所用的时间t。多次改变x，测得的x值及其对应的t值如下表所示。（表中的值是根据t值计算得出的）图（a）x(cm) 1.001.502.002.503.00t(s)3.332.201.601.321.081/t(s-1)0.3000.4550.6250.7580.926（1）根据表中数据，在题9-5图(b)中的方格纸上作x图线。图（b）（2）回答下列问题：（不要求写出计算或推导过程）已知点(0，0)在x图线上，从x图线看，与x是什么关系？从理论上
7、分析，小滑块刚脱离弹簧时的动能Ek与是什么关系？当弹簧长度改变量为x时，弹性势能与相应的Ek是什么关系？综合以上分析，Ep与x是什么关系？6.某同学利用气垫导轨和数字计时器，探究轻弹簧弹性势能与形变量的关系。 如图甲所示，气垫导轨上有很多小孔，气泵输入压缩空气，从小孔中喷出，会使质量为0.5kg滑块与导轨之间有一层薄的空气，使二者不接触从而大大减小阻力。一端固定有轻弹簧的滑块在导轨上滑行，当通过数字计时器时，遮光片挡住光源，与光敏管相连的电子电路就会记录遮光时间t。（1）接通气泵，调节气垫导轨左端高度，轻推滑块，使其刚好能够匀速运动，说明气垫导轨已经水平：（2）使用10分度游标卡尺测量滑块上遮
8、光片宽度如图乙所示，读出其宽度为d= cm;（3）压缩弹簧记录其压缩量；（4）释放滑块，滑块离开弹簧后通过数字计时器，计时器显示时间t；（5）多次重复步骤（3）和（4），将数据记录到数据表格中，并计算出滑块相应的动能；（6）由机械能守恒定律可知，滑块的动能等于释放滑块时弹簧的势能：弹簧压缩量x （cm）1.002.003.004.005.00滑块遮光时间t（ms）57.528.419.114.411.5滑抉的动能Ek（J）0.0100.0410.0910.160（7）表格中弹簧压缩量为5.00cm时，其动能为 J（结果要求三位有效数字）；（8）由表格中数据可知，弹簧的弹性势能与其形变量的关系为
9、 。7.（2016河南三门峡模拟）某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题，设计了如下实验。A、B是质量均为m的小物块，C是质量为M的重物，A、B间由轻弹簧相连，A、C间由轻绳相连。在物块B下放置一压力传感器，重物C下放置一速度传感器，压力传感器与速度传感器相连。当压力传感器示数为零时，就触发速度传感器测定此时重物C的速度。整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度为g。实验操作如下： （1）开始时，系统在外力作用下保持静止，细绳拉直但张力为零。现释放C，使其向下运动，当压力传感器示数为零时，触发速度传感器测出C的速度为v。（2）在实验中保持A，B质量不变，改变C的质量M，多次重复第（1）步。该
10、实验中，M和m大小关系必需满足M _ m。（选填“小于”、“等于”或“大于”）为便于研究速度v与质量M的关系，每次测重物的速度时，其C下降的高度应_（选填“相同”或“不同”）根据所测数据，为得到线性关系图线，应作出_（选填“”、“”或“v2”）图线。根据问的图线知，图线在纵轴上截距为b，则弹簧的劲度系数为_（用题给的已知量表示）。8. 在探究弹簧弹性势能实验中：（1）如图所示，弹簧的一端固定，原来处于自然长度。现对弹簧的另一端施加一个拉力缓慢拉伸弹簧，关于拉力或弹簧弹力做功与弹簧弹性势能变化的关系，以下说法中正确的是A拉力做正功，弹性势能增加B拉力做正功，弹性势能减少C弹簧弹力做负功，弹性势能
11、增加D弹簧弹力做负功，弹性势能减少（2）由于拉力是变力，拉力做功可以分割成一小段一小段处理，每一小段的弹力可以近似看成是恒力，再把每一小段的功相加求和，可得W总F1l+F2l+F3l+。某次实验中作出拉力F拉与弹簧伸长量x的图像如图所示，则在弹簧被拉长L的过程中拉力做功为。9.为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图示装置进行实验，B处为弹簧的原长位置在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球，使小球撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行撞击前纸盒均位于B点右侧同一位置（1）小明每次应将弹簧压缩_（选填“相同”或“不同”）的长度，再释放小球，通过比较各次实验中_，从而判断弹簧弹性
12、势能的大小（2）每次实验中，小球和纸盒克服摩擦力做功_（选填“相同”或“不同”）（3）图示实验中，将小球自A处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于C处此过程中小球动能最大的位置在_（选填“AB之间”、“B点”或“BC之间”）10.某同学在科普读物上看到:“劲度系数为k的弹簧从伸长量为x到恢复原长过程中,弹力做的功W=kx2”.他设计了如下的实验来验证这个结论.A.将一弹簧的下端固定在地面上,在弹簧附近竖直地固定一刻度尺,当弹簧在竖直方向静止不动时其上端在刻度尺上对应的示数为x1,如图(甲)所示. B.用弹簧测力计拉着弹簧上端竖直向上缓慢移动,当弹簧测力计的示数为F时,弹簧上端在刻度尺上对应的示
13、数为x2,如图(乙)所示.则此弹簧的劲度系数k= 。. C.把实验桌放到弹簧附近,将一端带有定滑轮、两端装有光电门的长木板放在桌面上,使滑轮正好在弹簧的正上方,用垫块垫起长木板不带滑轮的一端,如图(丙)所示(未放小车时)D.用天平测得小车(带有遮光条)的质量为M,用游标卡尺测遮光条宽度d的结果如图(丁)所示,则d= mm.E.打开光电门的开关,让小车从光电门的上方以一定的初速度沿木板向下运动(未连弹簧),测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为t1和t2.改变垫块的位置,重复调节,直到t1=t2时保持木板和垫块的位置不变. F.用细绳通过滑轮将弹簧和小车相连,将小车拉到光电门B的上方某处,此
14、时弹簧上端在刻度尺上对应的示数为x3,已知(x3-x1)小于光电门A,B之间的距离,如图(丙)所示.由静止释放小车,测得小车通过光电门A和B时的遮光时间分别为t1和t2.在实验误差允许的范围内,若k(x3-x1)2=(用实验中测量的符号表示),就验证了W=kx2的结论. 11(2016新疆乌鲁木齐二诊)(8分)某兴趣小组设计了如下的实验，验证弹簧弹性势能的公式Epkx2，式中k是劲度系数，x是形变量(压缩量或伸长量)。提供的器材：刻度尺、木板、木块、长度不同的弹簧(材料和规格相同)若干。第一步：验证弹性势能与形变量的关系。水平放置的木板左端固定一个弹簧，弹簧处于原长状态，木板与弹簧恰好接触并静
15、止于O点。用外力将木块向左推至A点后释放，木块在运动过程中与弹簧脱离，最终停在B点。测得O、B间的距离为x1，A、B间的距离为x2。重复上述过程多次。(1)若以_为横轴，以x2为纵轴做出的图象为过原点的直线，就验证了弹簧的弹性势能与其形变量的平方成正比的结论。第二步：验证弹性势能与劲度系数的关系(2)通过推导可得材料和规格相同但长度不同的弹簧，其劲度系数与弹簧的长度成_比。换用不同长度L的弹簧实验，保证弹簧每次有相同的形变量，测得多组x2。若以为横轴，以_为纵轴做出的图象为过原点的直线，这就验证了弹簧形变量相同时，弹簧的弹性势能与其劲度系数成正比的结论。(3)用本实验提供的器材和方法_(填“能
16、”或“不能”)验证弹性势能公式中的系数。12.(2014广东高考)某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。(1)如图甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k_ N/m(g取9.80 m/s2)。砝码质量/g50100150弹簧长度/cm8.627.636.66(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示，调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小_。(3)用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v。释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为_。(4)重复(3)中的操作，得到v与x的关系如图丙所示，由图可知，v与x成_关系。由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的_成正比。