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精英家教网某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系.图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑导轨,小盒C用轻绳悬挂于O点,弹簧T左端固定,用小球A沿导轨B向左挤压弹簧,释放后球A弹出,射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动,摆动的最大角度θ可以被准确测出.球A射入盒C后两者的重心重合,重心距悬点O的距离为L.试问:
(1)欲完成此探究实验,该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外,还需要测量哪些物理量?写出这些物理量及其字母代号.
(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP.写出其计算表达式(无需书写推导过程).
(3)下面是本实验中的几个步骤:①按实验装置安装好器材;②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L; ③反复调节盒C的位置,使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内,且盒C静挂,开口正对导轨末端,A、C两者重心同高;④用球A压缩弹簧,使其重心处于轨道的某一刻度线上,记录此时的读数;⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ;⑦处理数据,得出结论.在上述步骤中还缺少哪些主要步骤?请你写出来.
(4)该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外,还应注意些什么?
分析:(1)弹簧的弹性势能转化为球和盒子的重力势能,故需要测量球和盒子的质量以及弹簧的压缩量;
(2)弹性势能的减小量等于小球的动能的增加量,碰撞过程动量守恒;向上摆动过程机械能守恒;
(3)对照表达式确定实验步骤;
(4)从实验误差角度考虑,摆角不宜过大,也不宜过小.
解答:解:(1)弹簧的弹性势能转化为球和盒子的重力势能,要测量重力势能的增加量,要测量小球A的质量m、重盒C的质量M;
要研究弹性势能和压缩量的关系,要测量弹簧的压缩量X;
还需测量:小球A的质量m、重盒C的质量M、弹簧的压缩量X;
(2)弹性势能的减小量等于小球的动能的增加量,故Ep=
1
2
mv2

碰撞过程动量守恒,故mv=(M+m)v′
继续摆动过程机械能守恒,故:
1
2
(M+m)v2=(M+m)gL(1-cosθ)

联立解得Ep=
=(M+m)2gL(1-cosθ)
m

(3)缺少的主要实验步骤有:
①用天平称出小球质量和重盒的质量;
②用球A接触弹簧但不压缩,记录其重心位置,读取导轨上相应的读数;
③改变弹簧压缩量,重复实验若干次. 
 (4)①要注意每次实验时,弹簧压缩量不要过大,以保证绳总处于绷直状态,同时摆角不大于90°;
②每次实验时,弹簧的压缩量也不宜过小,否则压缩量L及摆角θ的测量相对误差大,轨道摩擦损耗不可忽略.
故答案为:(1)小球A的质量m、重盒C的质量M、弹簧的压缩量X;
(2)Ep=
=(M+m)2gL(1-cosθ)
m

(3)缺少的主要实验步骤有:①用天平称出小球质量和重盒的质量;②用球A接触弹簧但不压缩,记录其重心位置,读取导轨上相应的读数; ③改变弹簧压缩量,重复实验若干次.
(4)①要注意每次实验时,弹簧压缩量不要过大,以保证绳总处于绷直状态,同时摆角不大于90°;②每次实验时,弹簧的压缩量也不宜过小,否则压缩量L及摆角θ的测量相对误差大,轨道摩擦损耗不可忽略.
点评:本题关键明确实验原理、误差来源、实际操作,能运用机械能守恒定律和动量守恒定律列式求解,较难.
练习册系列答案
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Ⅰ.某同学在做测定木块与木板间动摩擦因数的实验过程中,测滑动摩擦力时,他设计了两种实验方案.
方案一:木板固定在水平面上,用弹簧测力计水平拉动木块,如图甲所示.
方案二:用弹簧测力计水平地钩住木块,用力使木板在水平面上运动,如图乙所示.

除了实验必需的弹簧测力计、木块、木板、细线外,该同学还准备了若干重均为2.00N的砝码.
(1)上述两种方案中,你认为更合理的方案是
(填“甲”或“乙”),理由是:(回答一个理由即可)
图乙中固定弹簧测力计,拉动木板做相对运动,更容易控制拉动的速度,使示数更稳定,测量更准确
图乙中固定弹簧测力计,拉动木板做相对运动,更容易控制拉动的速度,使示数更稳定,测量更准确

(2)该同学在木块上加砝码,改变木块对木板的压力,记录了5组实验数据,如下表所示.
实验次序 1 2 3 4 5
砝码个数 0 1 2 3 4
砝码对木块
的压力/N
0 2.00 4.00 6.00 8.00
测力计示
数/N
1.50 2.00 2.50 2.95 3.50
木块受到的
摩擦力/N
1.50 2.00 2.50 2.95 3.50
请根据上述数据,在坐标纸上作出木块受到的摩擦力f和砝码对木块的压力F的关系图象(以F为横坐标).由图象可知,重为
6.00
6.00
N;木块与木板间的动摩擦因数为
0.25
0.25

Ⅱ.某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统由静止释放后机械能是否守恒.实验前已经调整气垫导轨底座使之水平,且选定滑块从静止开始运动的过程进行测量.

(1)如图乙所示,用游标卡尺测得窄遮光条的宽度d=
0.48
0.48
cm;实验时将滑块从图示位置由静止释放,由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.2×10-2s,则在遮光条经过光电门时滑块的瞬间速度为
0.40
0.40
m/s.
(2)已知当地重力加速度为g,钩码的质量为m,滑块的质量为M,在本实验中还需要直接测量的物理量有:
B
B

A.光电门到导轨左端定滑轮的距离x
B.滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离s
C.气垫导轨的总长L
(3)本实验通过比较
mgs
mgs
1
2
(m+M)(
d
△t
)2
是否相等(用直接测出的物理量符号写出表达式,重力加速度为g)说明系统的机械能是否守恒.
(4)为提高实验结果的准确程度,该实验小组的同学对此实验提出以下建议,其中确实对提高准确程度有作用的是
A
A

A.绳的质量要轻,滑轮的质量要轻
B.在“轻质绳”的前提下,绳越长越好
C.钩码的质量m越小越好
(5)你还有其他好的建议是
摩擦力做功对实验有影响,减小摩擦力能提供精确度.
摩擦力做功对实验有影响,减小摩擦力能提供精确度.

某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系.图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑导轨,小盒C用轻绳悬挂于O点,弹簧T左端固定,用小球A沿导轨B向左挤压弹簧,释放后球A弹出,射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动,摆动的最大角度θ可以被准确测出.球A射入盒C后两者的重心重合,重心距悬点O的距离为L.试问:
(1)欲完成此探究实验,该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外,还需要测量哪些物理量?写出这些物理量及其字母代号.
(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP.写出其计算表达式(无需书写推导过程).
(3)下面是本实验中的几个步骤:①按实验装置安装好器材;②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L; ③反复调节盒C的位置,使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内,且盒C静挂,开口正对导轨末端,A、C两者重心同高;④用球A压缩弹簧,使其重心处于轨道的某一刻度线上,记录此时的读数;⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ;⑦处理数据,得出结论.在上述步骤中还缺少哪些主要步骤?请你写出来.
(4)该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外,还应注意些什么?

某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系.图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑导轨,小盒C用轻绳悬挂于O点,弹簧T左端固定,用小球A沿导轨B向左挤压弹簧,释放后球A弹出,射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动,摆动的最大角度θ可以被准确测出.球A射入盒C后两者的重心重合,重心距悬点O的距离为L.试问:
(1)欲完成此探究实验,该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外,还需要测量哪些物理量?写出这些物理量及其字母代号.
(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP.写出其计算表达式(无需书写推导过程).
(3)下面是本实验中的几个步骤:①按实验装置安装好器材;②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L; ③反复调节盒C的位置,使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内,且盒C静挂,开口正对导轨末端,A、C两者重心同高;④用球A压缩弹簧,使其重心处于轨道的某一刻度线上,记录此时的读数;⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ;⑦处理数据,得出结论.在上述步骤中还缺少哪些主要步骤?请你写出来.
(4)该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外,还应注意些什么?
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某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系.图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑导轨,小盒C用轻绳悬挂于O点,弹簧T左端固定,用小球A沿导轨B向左挤压弹簧,释放后球A弹出,射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动,摆动的最大角度θ可以被准确测出.球A射入盒C后两者的重心重合,重心距悬点O的距离为L.试问:
(1)欲完成此探究实验,该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外,还需要测量哪些物理量?写出这些物理量及其字母代号.
(2)通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP.写出其计算表达式(无需书写推导过程).
(3)下面是本实验中的几个步骤:①按实验装置安装好器材;②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L; ③反复调节盒C的位置,使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内,且盒C静挂,开口正对导轨末端,A、C两者重心同高;④用球A压缩弹簧,使其重心处于轨道的某一刻度线上,记录此时的读数;⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ;⑦处理数据,得出结论.在上述步骤中还缺少哪些主要步骤?请你写出来.
(4)该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外,还应注意些什么?

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