高考专题--探究弹性势能实验-高考物理100考点最新模拟---精校解析 Word版

1、100考点最新模拟题千题精练12- 7第十二部分 力学实验七探究弹性势能实验1. 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。【参考答案】（1）AC（2）FL/22. 学习了机械能守恒定律之后，某研究性学习小组自行设计了“探究弹簧的弹性势能与形变量的关系”实验。他们的方法如下： (1)如甲图所示，在轻弹簧上端固定一只力传感器，然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出。用刻度尺测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量。测量数据如表格所示：伸长量x/102m2.004.006.0

2、08.0010.00弹力F/N1.603.194.756.388.02(2)以x为横坐标，F为纵坐标，请你在图乙的坐标纸上描绘出弹力与伸长量关系的图线_。并由图线求得该弹簧的劲度系数=_(保留两位有效数字)。(3)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图丙所示。调整导轨水平，使滑块自由滑动时，通过两个光电门的时间近似相等。(4)用天平秤出滑块的质量m=300g.(5)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，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能全部转化为_。(6)多次重复(5)中的操作，在弹簧弹性限度内得到与x的数据整理如下表所示：1234561.002.003.004.005.006.001.004.009.0016.0025.0036.000.1610.3200.4790.6480.8000.9540.0260.1030.2300.4200.64000.9100.00390.01550.03460.06300.09600.1365(7)结合上面测出的劲度系数和滑块质量m，可得到的表达式：_。(8)由上述实验可得的结论：_。【参考答案】(1).(2).802

3、 N/m(3).滑块的动能3.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”）【参考答案】（1）不同；纸盒移动的距离；（2）不同；（3）B点【名师解析】（1）小明每次应将弹簧压缩不同的长度，再释放小球松开后小球碰到同一位置的相同纸盒上，小球推动纸盒前进，小球的动能越大，纸盒被推动的距离越远，纸盒动能越大，因此比较纸盒被推动距离的大小，可以比较弹性势能的大小这里用到的物理方法是转换法4.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=12kx2”.他设计了如下

4、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

5、遮光时间分别为t1和t2.在实验误差允许的范围内,若12k(x3-x1)2=(用实验中测量的符号表示),就验证了W=12kx2的结论.【参考答案】k=F/(x2-x1)，3.5，M()2-M()25(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

6、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”或“不能”)验证弹性势能公式中的系数。【名师解析】(1)弹簧的弹性势能Epk(x2x1)2，由能量守恒Epmgx2，由以上两式得x2(x2x1)2，故应以(x2x1)2为横轴，以x2为纵轴建立坐标系做图象。【参考答案】(1)(x2x1)2(2)反x2(3)不能6.(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

7、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。 (2)要调整气垫导轨水平使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度相等。(3)根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能。(4)由题图可知，v与x成正比，即vkx，则EpEkmv2mk2x2，因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比。【参考答案】(1)50(2)相等(3)滑块的动能(4)正比压缩量的平方7（2013全国新课标理综II）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sC桌面到地面的高度hD弹簧的压缩量xE弹簧原长l0(2)用

8、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。(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，则sx 图线的斜率会增大。【参考答案】(1)ABC(2)(3)减小增大2（a）（c）（b）8.（2014广东）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9. （2012海南）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

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