Question

18．某同學(xué)在科普讀物上看到：“勁度系數(shù)為k的彈簧從伸長量為x到恢復(fù)原長過程中，彈力做的功W=$\frac{1}{2}$kx²”．他設(shè)計了如下的實驗來驗證這個結(jié)論．

A．將一彈簧的下端固定在地面上，在彈簧附近豎直地固定一刻度尺，當(dāng)彈簧在豎直方向靜止不動時其上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x₁，如圖甲所示．
B．用彈簧測力計拉著彈簧上端豎直向上緩慢移動，當(dāng)彈簧測力計的示數(shù)為F時，彈簧上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x₂，如圖乙所示．則此彈簧的勁度系數(shù)k=$\frac{F}{{x}_{2}-{x}_{1}}$．
C．把實驗桌放到彈簧附近，將一端帶有定滑輪、兩端裝有光電門的長木板放在桌面上，使滑輪正好在彈簧的正上方，用墊塊墊起長木板不帶滑輪的一端，如圖丙所示．
D．用天平測得小車（帶有遮光條）的質(zhì)量為M，用游標(biāo)卡尺測遮光條寬度d的結(jié)果如圖丁所示，則d=3.5mm．
E．打開光電門的開關(guān)，讓小車從光電門的上方以一定的初速度沿木板向下運動，測得小車通過光電門A和B時的遮光時間分別為△t₁和△t₂．改變墊塊的位置，重復(fù)實驗，直到△t₁=△t₂時保持木板和墊塊的位置不變．
F．用細(xì)繩通過滑輪將彈簧和小車相連，將小車?yán)�到光電門B的上方某處，此時彈簧上端在刻度尺上對應(yīng)的示數(shù)為x₃，已知（x₃-x₁）小于光電門A、B之間的距離，如圖丙所示．由靜止釋放小車，測得小車通過光電門A和B時的遮光時間分別為△t₁′和△t₂′．
在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若$\frac{1}{2}$k（x₃-x₁）²=$\frac{1}{2}$M（$\fracqh83liq{△{t}_{1}′}$）²（用實驗中測量的符號表示），就驗證了W=$\frac{1}{2}$kx²的結(jié)論．

Answer 1

分析 根據(jù)胡克定律求彈簧的勁度系數(shù)；明確游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法為：游標(biāo)卡尺讀數(shù)=整數(shù)mm+格數(shù)×精確度；用平均速度可求出對應(yīng)的瞬時速度，再由動能定進(jìn)行分析求解．

解答 解：B．根據(jù)胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)k=$\frac{F}{{x}_{2}-{x}_{1}}$
D、游標(biāo)卡尺讀數(shù)=3mm+5×0.1mm=3.5mm
F、根據(jù)動能定理，彈簧彈力做功等于小車動能的增加量．
因重力做功與摩擦力做功之和為零，
那么當(dāng)小車開始的動能為零，到達(dá)A時動能的增加量等于彈力做功．
小車通過光電門A時，平均速度代替瞬時速度，v_A=$\fracdtkxfnw{△{t}_{1}′}$，
由動能定理，得W=$\frac{1}{2}$k（x₃-x₁）²=$\frac{1}{2}$M（$\frac7l7a5sp{△{t}_{1}′}$）²； 故只要$\frac{1}{2}$k（x₃-x₁）²=$\frac{1}{2}$M（$\fracfxxamnj{△{t}_{1}′}$）²；即可驗證W=$\frac{1}{2}$kx²的結(jié)論；
故答案為：$\frac{F}{{x}_{2}-{x}_{1}}$，3.5，$\frac{1}{2}$M（$\fractopnskl{△{t}_{1}′}$）²

點評 本題考查了胡克定律，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原理，注意游標(biāo)卡尺需要估讀；同時注意掌握根據(jù)功能關(guān)系可分析彈簧彈性勢能的表達(dá)式的方法．