Question

4．某同學(xué)利用如圖1裝置對(duì)輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)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(zhǎng)時(shí)，小球恰好在桌面邊緣，如圖所示．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(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)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(shì)能E_p與小球拋出時(shí)的動(dòng)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(cè)量下列物理量中的ABC（填正確答案標(biāo)號(hào)）．
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(zhǎng)l₀
（2）用所選取的測(cè)量量和已知量表示E_k，得E_k=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
（3）圖2中的直線是實(shí)驗(yàn)測(cè)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(huì)減小（填“增大”、“減小”或“不變”）；如果m不變，h增加，s-△x圖線的斜率會(huì)增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．由圖（b）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(cè)量小球的動(dòng)能來間接測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能，然后根據(jù)平拋規(guī)律以及動(dòng)能表達(dá)式即可求出動(dòng)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(shì)能的表達(dá)式（取彈簧因此為零勢(shì)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(dòng)能，所以本實(shí)驗(yàn)至少需要測(cè)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）根據(jù)h=$\frac{1}{2}$gt²，s=vt知，v=s $\sqrt{\frac{g}{2h}}$，則小球的動(dòng)能Ek=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
（3）對(duì)于確定的彈簧壓縮量△x而言，增大小球的質(zhì)量會(huì)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(duì)應(yīng)更小的s，s-△x圖線的斜率會(huì)減小．
根據(jù)能量守恒有：Ep=E_k=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$，又s∝△x，則s²∝△x²，可知Ep與△x的二次方成正比．
故答案為：（1）ABC，（2）$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$，（3）減小，增大，2

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，要明確實(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