Question

15．某同學(xué)利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連；彈簧處于原長時(shí)，小球恰好在桌面邊緣，如圖1所示．向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放；小球離開桌面后落到水平地面．通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．
回答下列問題：
（1）本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢能E_p與小球拋出時(shí)的動能E_k相等．已知重力加速度大小為g．為求得E_k，至少需要測量下列物理量中的ABC（填正確答案標(biāo)號）．
A．小球的質(zhì)量m 
B．小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s
C．桌面到地面的高度h
D．彈簧的壓縮量△x
E．彈簧原長l₀
（2）用所選取的測量量和已知量表示E_k，得E_k=$\frac{m{gs}_{\;}^{2}}{4h}$．
（3）圖2中的直線是實(shí)驗(yàn)測量得到的s△x圖線．從理論上可推出，如果h不變，m增加，s△x圖線的斜率會減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）；如果m不變，h增加，s△x圖線的斜率會增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．由圖乙中給出的直線關(guān)系和E_k的表達(dá)式可知，E_p與△x的2次方成正比．

Answer 1

分析 本題的關(guān)鍵是通過測量小球的動能來間接測量彈簧的彈性勢能，然后根據(jù)平拋規(guī)律以及動能表達(dá)式即可求出動能的表達(dá)式，從而得出結(jié)論．本題的難點(diǎn)在于需要知道彈簧彈性勢能的表達(dá)式（取彈簧因此為零勢面），然后再根據(jù)${E}_{p}^{\;}$=${E}_{k}^{\;}$即可得出結(jié)論．

解答 解（1）由平拋規(guī)律可知，由水平距離和下落高度即可求出平拋時(shí)的初速度，進(jìn)而可求出物體動能，所以本實(shí)驗(yàn)至少需要測量小球的質(zhì)量m、小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s、桌面到地面的高度h，故選ABC．
（2）由平拋規(guī)律應(yīng)有h=$\frac{1}{2}{gt}_{\;}^{2}$，s=vt，又${E}_{k}^{\;}$=$\frac{1}{2}{mv}_{\;}^{2}$，聯(lián)立可得${E}_{k}^{\;}$=$\frac{m{gs}_{\;}^{2}}{4h}$
（3）對于確定的彈簧壓縮量△x而言，增大小球的質(zhì)量會減小小球被彈簧加速時(shí)的加速度，從而減小小球平拋的初速度和水平位移，即h不變m增加，相同的△x要對應(yīng)更小的s，s-△x圖線的斜率會減�。�由s的關(guān)系式和s=k△x可知，Ep與△x的二次方成正比．
故答案為（1）ABC； （2）$\frac{m{gs}_{\;}^{2}}{4h}$；（3）減小，增大，2

點(diǎn)評 該題借助于平拋運(yùn)動測定彈簧的彈性勢能，屬于創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)題目，在解答的過程中關(guān)鍵是明確實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)相應(yīng)規(guī)律得出表達(dá)式，然后討論即可．