Question

理論分析可得出彈簧的彈性勢公式（式中k為彈簧的勁度系數，x為彈簧長度的變化量）．為驗證這一結論，A、B兩位同學設計了以下的實驗：
①兩位同學首先都進行了如圖甲所示的實驗：將一根輕質彈簧豎直掛起，在彈簧的另一端掛上一個已知質量為m的小鐵球，穩定后測得彈簧伸長d．
②A同學完成步驟①后，接著進行了如圖乙的實驗：將這根彈簧豎直地固定在水平桌面上，并把小鐵球放在彈簧上，然后豎直在套上一根帶有插銷孔的長透明塑料管，利用插銷壓縮彈簧．拔掉插銷時，彈簧對小球做功，使小球彈起，測得彈簧的壓縮量x和小鐵球上升的最大高度H．
③B同學完成步驟①后，接著進行了如圖丙的實驗：交過根彈簧放在水平桌面上，一端固定在豎直的墻上，另一端被小鐵球壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小鐵球從高為h的桌面上水平拋出，拋出的水平距離為L．

（1）A、B兩位同學進行圖甲所示的實驗目的是為了確定什么物理量？請用m、d、g表示所求的物理量______．
（2）如果成立，那么
A同學測出的物理理x與d、H的關系式是：x=______

Answer 1

【答案】分析：（1）根據重力與彈簧的彈力平衡，借助于胡克定律，即可求解；
（2）A同學運用彈簧的彈性勢能轉化為重力勢能來測量形變量，而B同學則是運用彈簧的彈性勢能轉化為動能，并借助于做平拋運動來算出初速度，從而即可求解；
（3）分別從實驗過程中，去分析影響實驗結果的因素，從而提高實驗的準確性．
解答：解：（1）A、B兩位同學進行圖甲所示的實驗都進行形變量的測量，目的是為了確定彈簧的勁度系數；根據胡克定律，則有；
（2）A同學運用物體在彈簧的彈力作用下，將彈簧勢能轉化為
（3）A同學，根據彈簧的彈性勢能轉化為重力勢能，
則有：
，
由上解得：
B同學，彈簧的彈性勢能轉化為動能，而動能則借助于平拋運動來測得初速度．
則由水平位移與豎直高度可得水平初速度：，
所以：
解得：
而這兩位同學均有誤差出現，A同學：不易精確確定小球上升的最大高度，而且小球上升時有可能與塑料管內壁接觸，產生摩擦從而帶來實驗誤差．
B同學：實驗時，小鐵球與桌面之間的摩擦會給實驗帶來誤差．
故答案為：（1）確定彈簧的勁度系數k；
（2）；
（3）A同學實驗時，不易精確確定小球上升的最大高度，
而且小球上升時有可能與塑料管內壁接觸，產生摩擦從而帶來實驗誤差．
B同學實驗時，小鐵球與桌面之間的摩擦會給實驗帶來誤差．
點評：本題考查如何測量彈簧的形變量，并通過不同的實驗去設計、測量，并處理數據，最后數據誤差分析，從而激發學生的學習興趣．