Question

14．综合实验：
要探究“弹簧弹性势能大小与弹簧原长的关系”请完成实验设计方案

器材	木块、刻度尺、三个原长分别为10cm、15cm、20cm，粗细相同的钢制弹簧
实验步骤	将长度为10cm弹簧安装好；将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s1 将长度为15cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s2 将长度为20cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s3 根据s1、s2和s3的大小 分析数据，得出结论	数据记录表格

Answer 1

分析 （1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实验中把弹性势能的大小转换为观察木块被推动的距离，这种研究方法叫转换法；
（2）要验证“弹簧弹性势能大小与弹簧原长的关系”，要采用控制变量法，控制对弹簧的形变程度相同、接触面粗糙程度和木块的重力一定；
（3）探究弹性势能的大小与弹簧原长的关系，更换长度不同的弹簧，保持弹簧的形变大小相同，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小；
（4）比较三次木块被推动的距离得出结论．

解答 解：
（1）要探究“弹簧弹性势能大小与弹簧原长的关系”时，根据控制变量法的要求，控制对弹簧的压缩程度相同、更换长度不同的弹簧，观察弹簧推动木块运动距离的大小，得出弹簧弹性势能大小与弹簧原长的关系；
实验步骤如下：
①将长度为10cm弹簧按下图安装好；将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₁；

②将长度为15cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₂；
③将长度为20cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₃；
④比较s₁、s₂和s₃得出结论；
（2）在实验中要记录弹簧的长度L、木块被推动的距离s和弹性势能的大小，据此设计记录数据的表格；
数据记录表格：

实验次数	弹簧的长度L/cm	木块被推动的距离s/cm	弹簧弹性势能的大小
1
2
3

故答案为：
①将长度为10cm弹簧安装好；将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₁；
②将长度为15cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₂；
③将长度为20cm弹簧安装好，将小球置于弹簧的右端，使弹簧被压缩的长度为△L，放手后小球被弹出，与一木块相碰，记录木块被推动了一段距离s₃；
④根据是s₁、s₂和s₃的大小；
 数据记录表格，见上表．

点评 本题为探究弹性势能与弹簧原长的关系的实验，考查了分析实验能力、考查了学生对控制变量法、转换法的了解与掌握，主要考查的是学生应用所学物理知识来解决实际问题的能力，设计实验的能力，属于难题．