题目内容
11．（1）为探究弹簧的弹力与形变量的关系（形变在弹性限度之内），甲同学设计了如图实验，装置图如1：
第一步，调节弹簧与力传感器和滑块连接点位置，使弹簧与气垫导轨平行．
第二步，调节气垫导轨处于水平．调节气垫导轨的螺钉，若力传感器的示数为零，则表示气垫导轨已经调整水平．并记录此时滑块的位置X1．
第三步，把沙桶和滑块通过快过定滑轮的细线链接起来，调节滑轮高低使得细线与导轨平行．
第四步，往沙桶里加入适量的细沙，记录滑块静止时的位置X1及力传感器的示数F1．
第五步，重复第四步实验多次，依次记录滑块的位置X2．X3…Xn…及相应的力传感器的示数F2、F3…Fn…．
第六步，在坐标纸上作出F与（Xn-X0）图象，如图2，则可得结论：弹簧弹力与形变量成线性关系．
图象不过原点的可能原因是：弹簧应处于压缩状态；若纵截距值很小可忽略，则有图象知滑块从Xn位置运动到Xn位置过程中滑块对弹簧做的功：W=$\frac{1}{2}$Fn（xn-x0）（用Fn、X0、Xn表示）．
（2）在上述基础之上，乙同学也想用上述装置研究弹簧．滑块．沙桶和沙组成的系统机械能是否守恒，他进行了如下操作．在沙桶中加入适量的沙子，使系统处于静止状态，然后用手托住沙桶沿竖直方向运动，使滑块恰好回XnXn已知）位置，放手后，沙桶下落．该同学为了完成本实验，下列必需的操作是：CD．
A．测量滑块的质量M
B．测量沙和沙桶的总质量m
C．记录系统静止时滑块的位Xn
D．记录滑块向右运动的最大位置记Xn．
分析 （1）明确实验原理，知道实验中如何验证导轨水平，并能根据图象的性质分析弹力功的计算方法；
（2）根据题意进行分析，利用功能关系明确弹性势能的大小，根据下降的高度分析重力势能的改变量，从而确定表达式，确定实验中需要测量的物理量．
解答 解：（1）第二步目的是使气垫导轨水平，水平后滑块应保持静止，对力传感器没有作用，故此时力传感器的示数为零；
由作出的图可知，弹簧弹力与形变量成线性关系；
图象不过原点，则说明形变量为零时，弹力不为零，此时弹簧应处于压缩状态；
由图象可知，力是均匀增加的，故可以用平均力来求出弹力所做的功，故有：W=$\frac{1}{2}$Fn（xn-x0）
（2）当系统处于静止状态时，由平衡条件可知：k（xn-x0）=mg，而当滑块向右运动到最大位移处时，系统速度为零，则系统减小的重力势能等于增加的弹性势能，即等于弹力所做的功，减小的重力势能为mg（xn-x0），增加的弹性势能为：EP=W=$\frac{1}{2}$Fn（xn-x0）．由以上公式可知，本实验中不需要测量物体的质量，只需要测量记录系统静止时滑块的位置Xn和记录滑块向右运动的最大位置Xn即可； 故CD正确，AB错误．
故答案为：（1）力传感器的示数为零； 弹簧弹力与形变量成线性关系； 弹簧应处于压缩状态； （2）CD
点评 本题考查验证弹力与形变量之间的关系，属于探究型实验，实验的关键在于明确实验原理，再利用所学过的物理规律分析求解，明确实验中数据处理的基本方法．
练习册系列答案
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