Question

15．利用下述装置“探究弹簧的弹性势能”，一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连：弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图（a）所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放：小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．回答下列问题：

（1）本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E_p与小球抛出时的动能E_k相等．已知重力加速度大小为g．为求得E_k，至少需要测量下列物理量中的ABC（填正确答案标号）．
A．小球的质量m
B．小球抛出点到落地点的水平距离s
C．桌面到地面的高度h
D．弹簧的压缩量△x
E．弹簧原长l₀
（2）用所选取的测量量和已知量表示E_k，得E_k=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
（3）图（b）中的直线是实验测量得到的s～△x图线．从理论上可推出，如果m不变，h增加，s～△x图线的斜率会增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．由图（b）中给出的直线关系和E_k的表达式可知，E_p与△x的2次方成正比．

Answer 1

分析 本题的关键是通过测量小球的动能来间接测量弹簧的弹性势能，然后根据平抛规律以及动能表达式即可求出动能的表达式，从而得出结论．本题的难点在于需要知道弹簧弹性势能的表达式（取弹簧因此为零势面），然后再根E_p=E_k即可得出结论．

解答 解：（1）由平抛规律可知，由水平距离和下落高度即可求出平抛时的初速度，进而可求出物体动能，所以本实验至少需要测量小球的质量m、小球抛出点到落地点的水平距离s、桌面到地面的高度h，故选ABC．
（2）由平抛规律可知：
竖直方向上：h=$\frac{1}{2}$gt²，水平方向上：s=vt，而动能E_k=$\frac{1}{2}$mv₂ 联立可得E_k=$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$；
（3）由题意可知只有h增加，则物体下落的时间增加，则相同的△x下要对应更大的水平位移s，故s-△x图线的斜率会增大．
若取弹簧原长为零势面，则弹簧的弹性势能可表示
E_p=$\frac{1}{2}$k△x²   
可知△x的2次方成正比．
故答案为：（1）ABC； （2）$\frac{mg{s}^{2}}{4h}$；（3）增大，2

点评 本题考查验证机械能守恒定律的实验，要明确实验原理，根据相应规律得出表达式，然后讨论即可； 要注意明确物体的运动过程以及物理规律的应用．