Question

7．某兴趣小组同学们看见一本物理书上说“在弹性限度内，劲度系数为k的弹簧，形变量为x时弹性势能为E_p=$\frac{1}{2}$kx²”，为了验证该结论就尝试用“研究加度与合外力、质量关系”的实验装置（如图甲）设计了以下步骤进行实验．
实验步骤：
A．水平桌面上放一长木板，其左端固定一弹簧，通过细绳与小车左端相连，小车的右端连接打点计时器的纸带；
B．将弹簧拉伸x后用插销锁定，测出其伸长量 x；
C．打开打点计时器的电源开关后，拔掉插销解除锁定，小车在弹簧作用下运动到左端；
D．选择纸带上某处的A点测出其速度v；
E．取不同的x重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关系分析结论．
实验中已知小车的质量为m，弹簧的劲度系数为k，则：

（1）长木板右端垫一小物块，其作用是平衡摩擦力；
（2）如图乙中纸带上A点位置应在S₂（填s₁、s₂、s₃）的段中取；
（3）若E_p=$\frac{1}{2}$kx²成立，则实验中测量出物理量x与m．、k、v关系式是x=$\sqrt{\frac{m}{k}}v$．

Answer 1

分析 ①该实验装置于验证牛顿第二定律的实验装置相同，为了让砝码的重力更加接近为小车的合外力，本实验中需要平衡摩擦力和让砝码重力远远小于小车重力．
②点间距均匀，说明速度达到最大，为匀速直线运动阶段．
③根据能量守恒，推导实验中测量出物理量x与m．k、v关系式．

解答 解：①根据实验原理我们知道，为了让砝码的重力更加接近为小车的合外力，长木板右端垫一小物块，其作用是平衡摩擦力
②根据实验原理，点间距均匀，为匀速直线运动阶段，说明速度达到最大，故纸带上A点位置应在s₂．
③根据能量守恒，有：E_p=$\frac{1}{2}$kx²=$\frac{1}{2}$mv²
解得：x=$\sqrt{\frac{m}{k}}v$
故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）S₂；（3）$\sqrt{\frac{m}{k}}v$

点评 正确解答实验问题的前提是明确实验原理，从实验原理出发进行分析所需实验器材、实验步骤、所测数据等，会起到事半功倍的效果．