Question

9．一個(gè)同學(xué)要研究輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)能與彈簧長(zhǎng)度改變量的關(guān)系，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：在離地面高度為h的光滑水平桌面上，沿著與桌子邊緣垂直的方向放置一輕質(zhì)彈簧，其左端固定，右端與質(zhì)量為m的一個(gè)小鋼球接觸．當(dāng)彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)，小鋼球恰好在桌子邊緣，如圖所示．讓鋼球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，使鋼球沿水平方向射出桌面，小鋼球在空中飛行后落在水平地面上，水平距離為s．
（1）小剛球離開(kāi)桌面時(shí)的速度大小為v=s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$，，彈簧的彈性勢(shì)能E_p與小鋼球質(zhì)量m、桌面離地面高度h、小鋼球飛行的水平距離s等物理量之間的關(guān)系式為E_p=$\frac{m{gs}^{2}}{4h}$．
（2）彈簧的壓縮量x與對(duì)應(yīng)的鋼球在空中飛行的水平距離s的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示：

彈簧的壓縮量x （cm）	1.00	1.50	2.00	2.50	3.00	3.50
小鋼球飛行的水平距離s （m）	2.01	3.00	4.01	4.96	6.01	7.00

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可確定彈性勢(shì)能E_p與彈簧的壓縮量x的關(guān)系為C（式中k為比例系數(shù)）
（A）E_p=kx     （B）E_p=k$\sqrt{x}$   （C）E_p=kx² （D）E_p=k$\frac{1}{x}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以求出鋼球離開(kāi)桌面時(shí)的速度大小，根據(jù)功能關(guān)系可以求出彈性勢(shì)能的表達(dá)式，進(jìn)而可知需要測(cè)量的量．
（2）先從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出彈簧的壓縮量與小球的射程的關(guān)系，再結(jié)合第一小問(wèn)中結(jié)論得到彈性勢(shì)能與小球的射程的關(guān)系，最后綜合出彈簧的彈性勢(shì)能E_P與彈簧長(zhǎng)度的壓縮量x之間的關(guān)系．

解答 解：（1）桌子高度為h，小球離開(kāi)桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，
水平方向：s=v₀t，
豎直方向有：h=$\frac{1}{2}$gt²，
聯(lián)立解得：v₀=s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$，
根據(jù)功能關(guān)系可知彈簧彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球平拋的初動(dòng)能，有：
E_P=$\frac{1}{2}$m${v}_{0}^{2}$，
解得：
E_P=$\frac{m{gs}^{2}}{4h}$．
（2）由于E_P=$\frac{m{gs}^{2}}{4h}$，可知E_p與s²成正比，
由表中數(shù)據(jù)可看出，在誤差范圍內(nèi)，x正比于s，所以E_p與x²也成正比．
故選：C．
故答案為：（1）s$\sqrt{\frac{g}{2h}}$；$\frac{m{gs}^{2}}{4h}$．
（2）C

點(diǎn)評(píng) 該題首先是考察了平拋運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用，解決關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題常用的方法是沿著水平和豎直兩個(gè)方向進(jìn)行分解，運(yùn)用各方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行解答．利用x與s之間的關(guān)系求出彈簧彈性勢(shì)能與彈簧壓縮量x之間的關(guān)系式．考察了在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)改裝后的情況進(jìn)行分析求解，考察了同學(xué)們的應(yīng)變能力．還考察了對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析，讓學(xué)生學(xué)會(huì)試驗(yàn)中某個(gè)量發(fā)生變化導(dǎo)致結(jié)果如何變化的分析．