Question

為了探究“彈性勢能的大小跟哪些因素有關”，小明同學有如下猜想：
猜想一：彈性勢能的大小與彈簧的材料有關；
猜想二：彈性勢能的大小與彈簧被壓縮的程度有關．

為探究猜想一是否正確，小明同學設計了如圖甲所示的實驗裝置，探究方案如下（以下所有彈簧被壓縮后都未超過其彈性限度）：
①將A、B兩根外形完全相同，材料不同的彈簧分別按圖甲安裝好；
②將小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度為3cm（見圖乙），放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₁；
③將小球置于彈簧B的右端，使彈簧被壓縮的長度為3cm，放手后小球被彈出，并與在同一位置的同一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₂；
④比較S₁、S₂得出結論．
（1）比較以上實驗數據，若______，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料有關；若______，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料無關．
（2）由于彈性勢能的大小不便用儀器測量，本實驗中把彈性勢能的大小轉換為觀察木塊被推動的距離，這種研究方法叫轉換法．請你按要求舉出兩個在探究中用轉換法的實例：
①熱學：______；
②電學：______．
（3）請將探究猜想二的方案補充完整．
①將彈簧A按如圖13甲安裝好；
②將小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度為2cm，放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₃；
③______．
④______．

Answer 1

【答案】分析：（1）探究彈性勢能的大小與彈簧的材料是否有關，是通過木塊被彈開的遠近來比較彈性勢能的多少，若被彈出的距離相同，則說明彈簧彈性勢能的大小與材料無關，若被彈出的距離不相同，則說明彈簧彈性勢能的大小與材料有關；
（2）分子的無規則運動人肉眼看不到，我們利用轉換法，在清水中滴入紅墨水，通過擴散現象觀察；
磁性的強弱我們看不到，我們利用轉換法，通過磁鐵吸引大頭針的多少來判斷；
（3）③探究彈性勢能的大小與彈簧被壓縮的程度是否有關，使彈簧被壓縮的長度為2cm，放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₃；改變彈簧被壓縮的長度，測量木塊被推動了一段距離；
④比較兩次木塊被推動的距離得出結論．
解答：解：（1）比較以上實驗數據，若S₁不等于S₂，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料有關；若S₁等于S₂，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料無關；
（2）轉換法的應用，
熱學中：在清水中滴入紅墨水，通過擴散現象證明大量分子做無規則運動；
電學中：通過磁鐵吸引大頭針的多少來說明磁性的強弱；
（3）補充實驗步驟：
③將小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度改變，放手后小球被彈出，并與在同一位置的同一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₄；
④比較S₃和S₄得出結論．
故答案為：（1）S₁不等于S₂，S₁等于S₂；
（2）在清水中滴入紅墨水，通過擴散現象證明大量分子做無規則運動；通過磁鐵吸引大頭針的多少來說明磁性的強弱；
（3）③將小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度改變，放手后小球被彈出，并與在同一位置的同一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₄；
④比較S₃和S₄得出結論．
點評：本題為探究彈性勢能與哪些因素有關的實驗，考查了分析實驗能力、考查了學生對控制變量法、轉換法的了解與掌握，屬于難題．