Question

【題目】某同學準備利用如圖裝置探究勁度系數較大的輕質彈簧T的彈性勢能與其壓縮量之間的關系.圖中B為一同定在桌 面且帶有刻度的平直光滑導軌，小盒C用輕繩懸掛于O點，彈簧T左端固定，用小球A沿導軌B向左擠壓彈簧，釋放后球A 彈出，射入一較重的小盒C中與小盒C—起向右擺動，擺動的最大角度可以被準確測出。球A射入盒C后兩者的重心重合，重心距懸點O的距離為L，重力加速度為g。試問：

（1）欲完成此探究實驗，該同學在實驗過程中除了要測量最大擺角和重心距懸點O的距離L外，還需要測量哪些物理量？寫出這些物理量及其字母代號________________.

（2）通過上述的物理量可求出彈簧T將球A彈出時釋放的彈性勢能Ep。 寫出其計算表達式（無需書寫推導過程）：_______________.

（3）下面是本實驗中的幾個步驟：①按實驗裝置安裝好器材；②用刻度尺測定C的重心到懸點O的距離L；③反復調節盒C的位置，使其運動軌跡平面與光滑軌道在同一平面內，且盒C靜掛時，開口正對導軌末端，A、C兩者重心同高；④用球A壓縮彈簧，使其重心處于軌道的某—刻度線上，記錄此時的讀數；⑤釋放A球，讓它射入盒C中，一起與C擺動到最大高度；⑥記錄最大擺角；⑦處理數據，得出結論。在上述步驟中還缺少哪些主要步驟？請你寫出來._______________________________________________。

Answer 1

【答案】小球A的質量m、重盒C的質量M、彈簧的壓縮量x ①用天平稱出小球和重盒的質量

②用球A接觸彈簧但不壓縮，記錄其重心位置，讀取導軌上相應的讀數；

③改變彈簧壓縮量，重復實驗若干次.

【解析】

（1）[1]彈簧的彈性勢能轉化為球和盒子的重力勢能，要測量重力勢能的增加量，就要測量小球A的質量m、重盒C的質量M；要研究彈性勢能和壓縮量的關系，要測量彈簧的壓縮量x；所以還需測量：小球A的質量m、重盒C的質量M、彈簧的壓縮量x；

（2）[2]彈性勢能的減小量等于小球的動能的增加量，故：

碰撞過程動量守恒，故：

繼續擺動過程機械能守恒，故：

聯立計算得出：

（3）[3]缺少的主要實驗步驟有：

①用天平稱出小球質量和重盒的質量；

②用球A接觸彈簧但不壓縮，記錄其重心位置，讀取導軌上相應的讀數；

③改變彈簧壓縮量，重復實驗若干次。