Question

7．某興趣小組同學(xué)們看見一本物理書上說“在彈性限度內(nèi)，勁度系數(shù)為k的彈簧，形變量為x時(shí)彈性勢(shì)能為E_p=$\frac{1}{2}$kx²”，為了驗(yàn)證該結(jié)論就嘗試用“研究加度與合外力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖甲）設(shè)計(jì)了以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)步驟：
A．水平桌面上放一長木板，其左端固定一彈簧，通過細(xì)繩與小車左端相連，小車的右端連接打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶；
B．將彈簧拉伸x后用插銷鎖定，測(cè)出其伸長量 x；
C．打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源開關(guān)后，拔掉插銷解除鎖定，小車在彈簧作用下運(yùn)動(dòng)到左端；
D．選擇紙帶上某處的A點(diǎn)測(cè)出其速度v；
E．取不同的x重復(fù)以上步驟多次，記錄數(shù)據(jù)并利用功能關(guān)系分析結(jié)論．
實(shí)驗(yàn)中已知小車的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k，則：

（1）長木板右端墊一小物塊，其作用是平衡摩擦力；
（2）如圖乙中紙帶上A點(diǎn)位置應(yīng)在S₂（填s₁、s₂、s₃）的段中��；
（3）若E_p=$\frac{1}{2}$kx²成立，則實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出物理量x與m．、k、v關(guān)系式是x=$\sqrt{\frac{m}{k}}v$．

Answer 1

分析 ①該實(shí)驗(yàn)裝置于驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置相同，為了讓砝碼的重力更加接近為小車的合外力，本實(shí)驗(yàn)中需要平衡摩擦力和讓砝碼重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車重力．
②點(diǎn)間距均勻，說明速度達(dá)到最大，為勻速直線運(yùn)動(dòng)階段．
③根據(jù)能量守恒，推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出物理量x與m．k、v關(guān)系式．

解答 解：①根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們知道，為了讓砝碼的重力更加接近為小車的合外力，長木板右端墊一小物塊，其作用是平衡摩擦力
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，點(diǎn)間距均勻，為勻速直線運(yùn)動(dòng)階段，說明速度達(dá)到最大，故紙帶上A點(diǎn)位置應(yīng)在s₂．
③根據(jù)能量守恒，有：E_p=$\frac{1}{2}$kx²=$\frac{1}{2}$mv²
解得：x=$\sqrt{\frac{m}{k}}v$
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）S₂；（3）$\sqrt{\frac{m}{k}}v$

點(diǎn)評(píng) 正確解答實(shí)驗(yàn)問題的前提是明確實(shí)驗(yàn)原理，從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)進(jìn)行分析所需實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、所測(cè)數(shù)據(jù)等，會(huì)起到事半功倍的效果．