一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系;实验装置如下图甲所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的小刚球接触;将小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使小球沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹;
(1)若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为_________ ;
(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:
结合(1)问与表中数据,弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式应为________ ;
(3)完成实验后,该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变:
(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
(II)将木板向右平移适当的距离固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板上得到痕迹P;
(III)用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y;若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L,则(II)步骤中弹簧的压缩量应该为_______ ;
(4)若该同学在完成图乙实验的过程中,弹簧与桌子右边缘不垂直,用(3)问的方法计算得出的弹簧压缩量比实际______ (选填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)。
(1)若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为
(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:
弹簧压缩量x/cm | 1.00 | 1.50 | 2.00 | 2.50 | 3.00 | 3.50 |
小球飞行水平距离s/m | 2.01 | 3.00 | 4.01 | 4.96 | 6.01 | 6.97 |
(3)完成实验后,该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变:
(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;
(II)将木板向右平移适当的距离固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板上得到痕迹P;
(III)用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y;若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L,则(II)步骤中弹簧的压缩量应该为
(4)若该同学在完成图乙实验的过程中,弹簧与桌子右边缘不垂直,用(3)问的方法计算得出的弹簧压缩量比实际
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更新时间:2016-12-08 01:45:52
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【知识点】 弹簧弹力做功与弹性势能的变化
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【推荐1】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)所示,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,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表,g取9.8 m/s2,由数据算得劲度系数k=______ N/m(结果保留两位有效数字)。
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(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成正比关系。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。
(1)如图(a)所示,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,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表,g取9.8 m/s2,由数据算得劲度系数k=
砝码质量/g | 50 | 100 | 150 |
弹簧长度/cm | 8.62 | 7.63 | 6.66 |
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(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
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【推荐2】如图所示为研究弹簧的弹性势能
与弹簧形变量x关系的实验装置。使木板倾斜一个适当的角度,在木板的顶端固定着弹射器,可把小物块以不同的速度沿木板向下弹出。木板底端固定着要研究的弹簧,弹簧处于自然长度时,弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐,并在该位置安装速度传感器,以便测出小物块到该位置的速度。已知小物块的质量为m,回答下列问题:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/3/16/2420926928297984/2422397119037440/STEM/fcce9489-071a-4c30-ba9c-6a4b45fff57c.png?resizew=217)
(1)若速度传感器显示的示数为v0,则弹簧最大的弹性势能为______ 。
(2)关于长木板倾斜及弹簧的选择下列说法正确的是( )
A.长木板倾斜是为了增大小物块接触弹簧时的速度
B.长木板倾斜是为了平衡摩擦力,使小物块动能全部转化为弹簧的弹性势能
C.弹簧应选择尽量长些且劲度系数较小的
D.弹簧应选择尽量长些且劲度系数较大的
(3)如何较准确的测量弹簧的最大形变量?_______ 。
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【推荐3】某学习小组欲利用气垫导轨做“弹簧劲度系数一定时探究弹簧弹性势能与弹簧形变长度的关系”实验,实验装置如图1所示。主要实验步骤如下:
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a.轻弹簧左端固定在导轨左端,右端紧靠质量m=0.4 kg的滑块,但不拴接。
b.用游标卡尺测量固定在滑块上遮光条的宽度d,其示数如图2所示,则d=___________ mm。
c.打开气源,滑块放在导轨上,反复调节气垫导轨,推动滑块,依次通过两个光电门,直至___________ ,说明气垫导轨已经调至水平了。
d.向左推滑块使弹簧压缩x1=1.00 cm,然后释放滑块,记下遮光条通过光电门1的遮光时间t1=8.4×10–3 s,则滑块离开弹簧时的速度v1=___________ m/s。(结果保留两位有效数字)
e.多次改变弹簧的压缩长度x,重复实验,分别记录遮光时间t,获得多组实验数据和对应的处理数据如下表,请在表格中填写对应的弹性势能Ep。
请你在图3中建立合适的坐标并画出能直观反映出弹性势能Ep与弹簧形变长度x关系的图线___________ 。根据图线得出结论:___________ 。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/3/26/2168795440119808/2169386472685568/STEM/b73118a7-8bd1-45d8-b198-67cd2330fb3c.png?resizew=550)
a.轻弹簧左端固定在导轨左端,右端紧靠质量m=0.4 kg的滑块,但不拴接。
b.用游标卡尺测量固定在滑块上遮光条的宽度d,其示数如图2所示,则d=
c.打开气源,滑块放在导轨上,反复调节气垫导轨,推动滑块,依次通过两个光电门,直至
d.向左推滑块使弹簧压缩x1=1.00 cm,然后释放滑块,记下遮光条通过光电门1的遮光时间t1=8.4×10–3 s,则滑块离开弹簧时的速度v1=
e.多次改变弹簧的压缩长度x,重复实验,分别记录遮光时间t,获得多组实验数据和对应的处理数据如下表,请在表格中填写对应的弹性势能Ep。
x/cm | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 6.00 |
t/ms | 8.40 | 4.19 | 2.79 | 2.09 | 1.69 | 1.39 |
![]() ![]() | 0.05 | 0.20 | 0.45 | 0.81 | 1.24 | 1.83 |
Ep/J |
请你在图3中建立合适的坐标并画出能直观反映出弹性势能Ep与弹簧形变长度x关系的图线
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