如图所示,光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切,轻弹簧的一端固定在轨道的左端,OP是可绕O点转动的轻杆,且摆到某处就能停在该处;另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压

◎ 题目

如图所示,光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切,轻弹簧的一端固定在轨道的左端,OP是可绕O点转动的轻杆,且摆到某处就能停在该处;另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。

图1
(1)还需要的器材是                                    
(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对        能的测量,进而转化为对                         的直接测量。
(3)为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系,除以上器材外,还准备了两个轻弹簧,所有弹簧的劲度系数均不相同。试设计记录数据的表格。

◎ 答案


(1)天平、刻度尺(2)重力势、质量、上升高度(3)见解析。

◎ 解析


因不知道弹性势能计算公式,应采用等效替代的方法,把要测量的弹性势能转化为便于测量的量。在这个装置中,若用小钢球压缩弹簧至需要的量,然后由静止释放小球,弹簧的弹性势能会转化为小球的动能,进而在小球沿圆弧轨道上升的过程中转化为小球的重力势能。可用对重力势能的测量来代替对弹性势能的测量,因此需用天平测量小球的质量,用刻度尺测量小球上升的高度。
要寻找弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量两个物理量的关系,应采用控制变量法。先保持弹簧的劲度系数不变,研究弹性势能与形变量的关系;再保持形变量不变,研究弹性势能与劲度系数的关系。因此记录数据的表格可设计成如下两表:
小球的质量m=         Kg,弹簧A
压缩量x(m)
 
 
 
 
上升高度h(m)
 
 
 
 
E=mgh(J)
 
 
 
 

压缩量x=         cm,小球的质量m=         Kg
弹簧
A
B
C
 
劲度系数k(N/m)
 
 
 
 
上升高度h(m)
 
 
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