题目内容
18.在网上查到在弹性限度内弹簧的弹性势能Ep与弹簧的形变量x之间的关系为R=Ep=$\frac{1}{2}$kx2,于是他们设想,让弹簧的弹性势能全部释放出来推动物体沿不光滑的水平面运动,测量对应弹簧不同压缩量下物体滑行的距离,就可以定性地验证这一结论,他们设计了如下实验:将带有挡板的表面处处粗糙程度相同的木板固定在水平桌面上,将一根很轻的弹簧(原长约14cm),一端固定在挡板上,将一个做有标记的物块紧贴弹簧放置在弹簧原长处,并在木板侧面刻度尺自O点向左每间隔1cm做出刻度线,记作x0=-1cm、-2cm,并将刻度尺平行固定在木板侧面,并使其0刻线与O点重合,在进行实验时,使弹簧的压缩量以1cm递增,释放物块,并记录物块最终停止运动时标记所在位置,用刻度尺测量出该位置距离O点的距离,记作x1,记录的数据如图所示:| 次数n/次 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| x0/cm | -1 | -2 | -3 | -4 | -5 | -6 | -7 | -8 | -9 |
| x1/cm | -0.90 | -0.20 | 0.60 | 2.40 | 5.00 | 8.40 | 12.60 | 17.58 | 21.00 |
(1)第1、2组数据中的x1为负,表示的物理意义为物块停止运动时,弹簧没有恢复原长或弹簧的弹性势能没有全部释放出来.
(2)分析第3、4、5组数据,于是他们得出结论在弹性限度内,弹簧的弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比.
(3)第9组数据明显有偏差的原因最可能是弹簧已明显超过弹性限度.
(4)若上述关系式成立,且弹簧的劲度系数已测出为k,则我们可以用表中的合适数据来求出物块与木板间的动摩擦因数μ,则还需要的一个测量工具是弹簧秤,须测量的物理量为mg(并用字母表示),则μ值的表达式为$μ=\frac{k{{x}_{0}}^{2}}{2mg({x}_{1}-{x}_{0})}$(用有关物理量的字母表示).
分析 (1)O点为坐标原点,向左为负,则x1值为负,表示物块停止的位置在O点左侧;
(2)观察表格数据,根据数据得出的结论;
(3)根据表格数据可知,压缩9cm时,物块停止的位置明显比应该停止的位置要近,可能超过弹性限度;
(4)根据功能关系分析即可.
解答 解:(1)前两组数据的x1值为负,表示物块停止的位置在O点左侧,即物块停止运动时,弹簧没有恢复原长或弹簧的弹性势能没有全部释放出来.
(2)由于该实验只能定性研究弹性势能Ep与形变量X之间的关系,根据表格得出的结论为:在弹性限度内,弹簧的弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比.
(3)压缩9cm时,物块停止的位置明显比应该停止的位置要近,最可能原因只能是弹簧已明显超过弹性限度.
(4)如果用天平来测物块质量,则G的取值也会给实验带来不必要的偏差,所以我们直接将物块的重力测出即可,则需要弹簧秤,由功能关系得$\frac{1}{2}k{{x}_{0}}^{2}=μmg({x}_{1}-{x}_{0})$,解得$μ=\frac{k{{x}_{0}}^{2}}{2mg({x}_{1}-{x}_{0})}$.
故答案为:(1)物块停止运动时,弹簧没有恢复原长或弹簧的弹性势能没有全部释放出来;
(2)在弹性限度内,弹簧的弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比;
(3)弹簧已明显超过弹性限度;
(4)弹簧秤;mg,$μ=\frac{k{{x}_{0}}^{2}}{2mg({x}_{1}-{x}_{0})}$.
点评 考查力学规律及其在实际中的应用和对教材实验的迁移能力,要求同学们能正确分析题意,能够从题目中得出有效信息,难度适中.
练习册系列答案
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13.
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8.
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