2020年高考物理考点练习7.13 探究弹性势能实验(解析版).doc
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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_。【参考答案】(1)遮光条的宽度d(2)Ep=m()2。(3)弹簧弹性势能与形变量的二次方成正比(或Ep=kl2)【名师解析】(1)该实验还需要测量的物理量是遮光条的宽度d 。(2)根据机械能守恒定律,弹簧弹性势能转化为动能,滑块速度v=。该小组计算弹性势能的表达式是Ep=m v2=m()2。(3)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弹簧
3、弹性势能与形变量的二次方成正比(或Ep=kl2)。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【名师
4、解析】(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动,滑块运动到O点离开弹簧,在OBC之间做匀速运动,则滑块离开弹簧时速度大小的表达式是v.(2)根据功能关系,弹簧的弹性势能转化为滑块的动能,故为求出弹簧的弹性势能,还需要测量滑块(含遮光片)的质量,选项C正确(3)增大A、O之间的距离x,弹簧的弹性势能增加,滑块获得的动能增加,速度增大,计时器显示时间t将减小,选项B正确【参考答案】(1)v(2)C(3)B3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
5、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“
6、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。【名师解析】:(1)利用平抛运动规律,测量出平抛运动的初速度v0。由sv0t,hgt2,联立解得v0s。要测量小球速度,需要测量小球抛出点到落地点的水平距离s,桌面到地面的高度h;由Ekmv知,还需要测量小球的质量m,因弹簧劲度系数未知,D、E错误,A、B、C正确。(2)小球抛出时的动能Ekmv。(3)弹簧的弹性势能EpEkmv,即s2,根据题目所给的直线关系可知,s与x成正比,而Ep与s2成正比,故Ep应与x的2次方成正比,即s2x,sx图线的斜率正比于 ,如果h不变,m增加,sx图线的斜率将会减小;如果m不变,h增加
7、,则sx 图线的斜率会增大。【参考答案】:(1)ABC(2)(3)减小增大24.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)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
8、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.【参考答案】(2)50 相等 滑块的动能 正比 压缩量的二次方【名师解析】由表中数据可知,当砝码质量由50g增加为150g时,弹簧长度由8.62cm缩短为6.66cm,也就是说,压力增加0.98N时,弹簧压缩1.96cm,根据胡克定律F=kx可得弹簧的劲度系数k=50N/m。调整导轨,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小相等,说明导轨水平。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
9、化为滑块的动能。由图可知,v与x成正比关系。由于弹簧的弹性势能转化为滑块的动能,而动能与速度成正比。由上述实验可得结论:对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的压缩量的二次方成正比。.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Ep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.
10、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?【参考答案】(1)x图线如图。(2)与x成正比。Ek与()2成正比。Ep=Ek Ep与x2成正比。【名师解析】(1)根据表中数据,用
11、描点法在图(b)中的方格纸上作出的x图线如图。(2)根据点(0,0)在x图线上,x图线是直线,所以与x是成正比关系。滑块从O点运动到A点做匀速运动,设OA=s,匀速运动的速度为v,则有s=vt,v与成正比。小滑块动能Ek=mv2,所以Ek与()2成正比。由能量守恒定律,当弹簧长度改变量为x时,弹性势能与相应的动能Ek相等,即Ep=Ek。综合以上分析,Ep与x2成正比。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
12、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)5
13、7.528.419.114.411.5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 。【参考答案】(2)1.15 (7)0.250 (8)弹簧的弹性势能与其形变量的平方成正比【名师解析】根据游标卡尺读数规则,遮光片宽度为d=1.1cm+50.01cm=1.15cm;根据表格中数据可知,滑抉的动能Ek与弹簧压缩量x的二次方成正比,所以表格中弹簧压缩量为5.00cm时,其动能为0.250J。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,由
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