题目内容
【题目】某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
①如图(a),将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测得相应的弹簧长度,部分数据如下表,有数据算得劲度系数k=____N/m,(结果保留两位有效数字,g取9.8m/s2)
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(a) (b)
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(c)
②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图(b)所示;调整导轨,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小______________。
③用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为______________。
④重复③中的操作,得到v与x的关系如图(c)。由图可知,v与x成_______关系,由上述实验可得结论:对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的___________成正比。
【答案】 (1)50 (2)相等 (3)滑块的动能 (4)正比 压缩量的平方
【解析】试题分析:(1)根据胡克定律
,结合表格数据,将单位统一,即可求解;(2)调整导轨的目的时,滑块在导轨上做匀速直线运动,即可求解结果;(3)当释放压缩的弹簧时,弹性势能转化为滑块的动能,再由光电门测量瞬时速度,求出弹性势能的大小;(4)根据v与x的关系图,可知,v与x成正比,结合动能表达式,即可知弹性势能与压缩量的关系,从而即可求解.
(1)表格中,当50g时,弹簧长度为8.62cm,当100g时,弹簧长度为7.63cm,当150g时,弹簧长度为6.66cm,根据胡克定律
,设弹簧的劲度系数为k,原长为
,则列式
;
;联立两式,解得
;
(2)通过光电门来测量瞬时速度,从而获得释放压缩的弹簧的滑块速度,为使弹性势能完全转化为动能,则导轨必须水平,因此通过两个光电门的速度大小须相等;
(3)用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;当释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v,释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为滑块的动能;
(4)根据v与x的关系图可知,图线经过原点,且是斜倾直线,则v与x成正比,由动能表达式,动能与速度的大小平方成正比,而速度的大小与弹簧的压缩量成正比,因此弹簧的弹性势能与弹簧的压缩量的平方成正比;