专题1.20-探究弹性势能实验提高篇解析版.doc

2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（物理实验）
第十二部分力学实验
专题1.20探究弹性势能实验（基础篇）
1.（5分）（2020河北保定一模）某同学查资料得知：弹簧的弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量有关，并且与形变量的平方成正比。为了验证弹簧弹性势能与其形变量的平方成正比这一结论，他设计了如下实验：
①如图所示，一根带有标准刻度且内壁光滑的直玻璃管固定在水平桌面上，管口与桌面边沿平齐。将一轻质弹簧插入玻璃管并固定左端。

②将直径略小于玻璃管内径的小钢球放入玻璃管，轻推小球，使弹簧压缩到某一位置后，记录弹簧的压缩量x。
③突然撤去外力，小球沿水平方向弹出落在地面上。记录小球的落地位置。
④保持弹簧压缩量不变，重复10次上述操作，从而确定小球的平均落点，测得小钢球的水平射程s。
⑤多次改变弹簧的压缩量x，分别记作x1、x2、x3…，重复以上步骤，测得小钢球的多组水平射程s1、s2、s3…。
请你回答下列问题：
(l)在实验中，“保持弹簧压缩量不变，重复10次上述操作，从而确定小球的平均落点”的目的是为了减小（填“系统误差”或“偶然误差”）。
(2)若测得小钢球的质量m、下落高度h、水平射程s，则小球弹射出去时动能表达式为(重力加速度为g)
(3)根据机械能守恒定律，该同学要做有关弹簧形变量x与小钢球水平射程s的图象，若想直观的检验出结论的正确性，应作的图像为
A.s-xB.s-x2C.s2-xD.s-x-l
【参考答案】（1）偶然误差（2）（3）A
【命题意图】本题考查以平抛运动方法探究弹簧的弹性势能与弹簧劲度系数和形变量的关系实验及其相关知识点，考查的核心素养是“实验探究”。
【解题思路】（1）由于受偶然因素影响，保持弹簧压缩量不变，每次小球都可能落在不同点，重复10次上述实验操作，从而确定小球的平均落点，测得小钢球的水平射程，其目的是为了减小实验的偶然误差。
（2）由平抛运动规律可得，s=vt，h=gt2，解得v=s，小球射出去的动能表达式Ek=mv2=。
（3）由于弹簧弹力F=kx，弹力做功W=kx2，根据功能关系，其压缩x的弹性势能Ep=kx2，根据机械能守恒定律，kx2=mv2=，若想直观的检验出结论的正确性，应该做出线性图像，所以应该作出的图像为s——x图像，选项A正确。
2.(6分)（2020高考仿真冲刺卷4）用如图(甲)所示的装置测量弹簧的弹性势能.将处于自然状态的一根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处安装一个光电门,计时器(图中未画出)与光电门相连.用带有遮光条的滑块压缩弹簧到某位置A,静止释放,遮光条的宽度为d,测出遮光条经过光电门的时间为Δt.

(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度d,如图(乙)所示,则宽度为mm.
(2)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是(用题目中的物理量表示).
(3)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量.
A.弹簧原长l0
B.当地重力加速度g
C.滑块(含遮光条)的质量m
D.A,O之间的距离x
【名师解析】:(1)根据螺旋测微器的读数规则可知
d=2.5mm+0.01mm×5.7=2.557mm;
(2)滑块离开弹簧后做匀速直线运动,则有v=.
(3)弹簧的弹性势能转化为滑块的动能,有Ep=mv2=,
则要求出弹簧的弹性势能,
还需要测量滑块(含遮光条)的质量m,故选C.
【参考答案】:(1)2.557(2.557～2.559均可)(2)v=(3)C
3.（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)在多次测量后，该小组画出了Ep－、Ep－l、Ep－l2的函数关系图象，发现只有Ep－l2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=mv2=m（）2。
(3)在多次测量后，该小组画出