Question

【題目】某同學(xué)準(zhǔn)備利用如圖裝置探究勁度系數(shù)較大的輕質(zhì)彈簧T的彈性勢能與其壓縮量之間的關(guān)系．圖中B為一固定在桌面．帶有刻度的平直光滑導(dǎo)軌，小盒C用輕繩懸掛于O點(diǎn)，彈簧T左端固定，用小球A沿導(dǎo)軌B向左擠壓彈簧，釋放后球A彈出，射入一較重的小盒C中與小盒C一起向右擺動(dòng)，擺動(dòng)的最大角度θ可以被準(zhǔn)確測出．球A射入盒C后兩者的重心重合，重心距懸點(diǎn)O的距離為L．試問：

（1）欲完成此探究實(shí)驗(yàn)，該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中除了要測量最大擺角θ和重心距懸點(diǎn)O的距離L外，還需要測量哪些物理量？寫出這些物理量及其字母代號(hào)．_________________

（2）通過上述的物理量可求出彈簧T將球A彈出時(shí)釋放的彈性勢能EP．寫出其計(jì)算表達(dá)式（無需書寫推導(dǎo)過程）．___________________________

（3）下面是本實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)步驟：①按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好器材；②用刻度尺測定C的重心到懸點(diǎn)O的距離L； ③反復(fù)調(diào)節(jié)盒C的位置，使其運(yùn)動(dòng)軌跡平面與光滑軌道在同一平面內(nèi)，且盒C靜掛，開口正對導(dǎo)軌末端，A．C兩者重心同高；④用球A壓縮彈簧，使其重心處于軌道的某一刻度線上，記錄此時(shí)的讀數(shù)；⑤釋放A球，讓它射入盒C中，一起與C擺動(dòng)到最大高度；⑥記錄最大擺角θ；⑦處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論．在上述步驟中還缺少哪些主要步驟？請你寫出來．___________________

（4）該實(shí)驗(yàn)除了要保證光滑導(dǎo)軌水平．小球A能正射入小盒C并與C一起運(yùn)動(dòng)以外，還應(yīng)注意些什么？____________________

Answer 1

【答案】還需測量小球A的質(zhì)量ｍ，重盒C的質(zhì)量M，彈簧的壓縮量X ①用天平稱出小球質(zhì)量和重盒的質(zhì)量；②用球A接觸彈簧但不壓縮，記錄其重心位置，讀取導(dǎo)軌上相應(yīng)的讀數(shù)；③改變彈簧壓縮量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次． ①要注意每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧壓縮量不要過大，以保證繩總處于繃直狀態(tài)，同時(shí)擺角不大于90°；②每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧的壓縮量也不宜過小，否則壓縮量L及擺角θ的測量相對誤差大，軌道摩擦損耗不可忽略．

【解析】

根據(jù)彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為球和盒子的重力勢能,知需要測量球和盒子的質(zhì)量以及彈簧的壓縮量;再結(jié)合彈性勢能的減小量等于小球的動(dòng)能的增加量,碰撞過程動(dòng)量守恒;向上擺動(dòng)過程機(jī)械能守恒，對照表達(dá)式確定實(shí)驗(yàn)步驟分析求解

(1)彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為球和盒子的重力勢能,要測量重力勢能的增加量,要測量小球A的質(zhì)量m、重盒C的質(zhì)量M;要研究彈性勢能和壓縮量的關(guān)系,要測量彈簧的壓縮量X;
還需測量:小球A的質(zhì)量m、重盒C的質(zhì)量M、彈簧的壓縮量X;
(2)彈性勢能的減小量等于小球的動(dòng)能的增加量,故 ;
碰撞過程動(dòng)量守恒,故

繼續(xù)擺動(dòng)過程機(jī)械能守恒,故
聯(lián)立計(jì)算得出;
(3)缺少的主要實(shí)驗(yàn)步驟有:
①用天平稱出小球質(zhì)量和重盒的質(zhì)量;
②用球A接觸彈簧但不壓縮,記錄其重心位置,讀取導(dǎo)軌上相應(yīng)的讀數(shù);
③改變彈簧壓縮量,重復(fù)實(shí)驗(yàn)若干次.

(4)①要注意每次實(shí)驗(yàn)時(shí),彈簧壓縮量不要過大,以保證繩總處于繃直狀態(tài),同時(shí)擺角不大于;
②每次實(shí)驗(yàn)時(shí),彈簧的壓縮量也不宜過小,否則壓縮量L及擺角 的測量相對誤差大,軌道摩擦損耗不可忽略.