题目内容

如图3所示,一根轻弹簧竖直直立在水平地面上,下端固定,在弹簧的正上方有一个物块,物块从高处自由下落到弹簧上端O,将弹簧压缩,弹簧被压缩了x0时,物块的速度变为零.试分析从物块与弹簧接触开始,物块的加速度的大小随下降的位移x变化的情况.?

图3

解析:物块刚接触弹簧时,弹簧处于自然状态,此时,物块只受到重力作用,物块的加速度为重力加速度g;当物块下压弹簧后,物块还受弹力作用,根据胡克定律,弹簧弹力F=kx.设物块的加速度为a,根据牛顿第二定律:mg-kx=ma,可见随着x的增大,a减小,当kx=mg时,a最小等于零;由于惯性,物块继续向下运动,弹簧的弹力将大于重力,物块受到的合力方向变为竖直向上,此时kx-mg=ma,可见随着x的增大,a增大,当x达到最大x0时,a达到最大.综合上述,物块与弹簧接触开始,物块的加速度的大小随下降的位移x的增大的变化的情况是:加速度先逐渐减小,当kx=mg时,加速度等于零,尔后,加速度逐渐增大,当x=x0时,加速度达到最大.物体速度的变化与加速度大小的变化并没有直接的关系,当速度方向与加速度方向相同时,速度增大,当速度方向与加速度方向相反时,速度减小.所以物体的速度先增大后减小,当kx=mg、加速度等于零时,物体速度达到最大.?

 


练习册系列答案
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某同学查资料得知:弹簧的弹性势能仅与弹簧的劲度系数和形变量有关,并且与形变量的平方成正比.为了检验此结论的正确性,他设计了如下实验:
(a)取一根轻质弹簧和一根内径略大的直玻璃管,将玻璃管固定在水平桌面上,将弹簧插入玻璃管并固定一端,如图1所示.
(b)将小钢球放入玻璃管,轻推小钢球,使弹簧压缩到某一位置后,测出弹簧的压缩量x.
(c)然后突然撤去外力,小钢球沿水平方向弹出落在地面上,记录小钢球的落地位置.
(d)保持弹簧压缩量不变,重复10次上述操作,从而确定小钢球的平均落点,测得小钢球的水平射程s.
(e)多次改变弹簧的压缩量x的数值x1、x2、x3、…,重复以上步骤,测得小钢球的多组水平射程s1、s2、s3、…
请你回答下列问题:
(1)在实验中,“保持弹簧压缩量不变,重复10次上述操作,从而确定小钢球的平均落点”的目的是为了减小
 
(填“系统误差”或“偶然误差”).
(2)若要测量小钢球的水平射程s,除图中画出的器材以外,还必须选取的实验器材是
 
.(填写器材代号)
A.秒表  B.刻度尺  C.螺旋测微器   D.白纸  E.复写纸
(3)该同学根据实验的测量结果,作出弹簧形变量x与小钢球水平射程s的s-x图象(如图2),测量出了桌面离地面的高度为h,小球的质量为m,根据能量守恒定律推导出了弹性势能EP与水平射程s的关系式:EP=
 
.根据弹簧形变量x与小钢球水平射程s的s-x图象,推断出弹簧的弹性势能EP与x2成正比理由是
 
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