组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 功和能 > 重力势能和弹性势能 > 弹性势能 > 弹簧弹力做功与弹性势能的变化
题型:实验题 难度:0.65 引用次数:143 题号:3577088
某同学为了研究轻质弹簧的弹性势能EP与弹簧长度改变量x的关系,设计了如图甲所示的实验装置,在离水平地面高为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的小球接触(不连续),若将小球向左压缩弹簧一段距离后静止释放,小球将沿水平方向射出桌面,小球在空中飞行一段时间后落到位于水平地面上的记录纸上并留下痕迹,重力加速度为g。

(1)若测得某次压缩弹簧(改变量x未知)由静止释放后小球落点的痕迹PO点的水平距离为s,则释放小球前弹簧弹性势能的表达式为EP= ___________
(2)该同学改变弹簧的压缩量x进行多次实验,并测量得到下表所示的一系列数据:
弹簧压缩量1.001.502.002.503.003.50
小球飞行水平距离20.0130.0040.0149.9860.0169.9
结合(1)问中所得EP的表达式和上表中的数据,可以得出弹簧的弹性势能EP与弹簧压缩量x之间的关系,其表达式应为EP=_______________
(3)完成实验后,该同学对上述装置进行了如图乙所示的改变;
(I)在一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,将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M
(II)将木板向右平移适当距离后固定,将小球向左压缩弹簧一段距离x0后由静止释放撞到木板并在白纸上留下痕迹N
(III)用刻度尺测量得白纸上M点到N点的竖直距离为y,桌子右边缘与木板的水平距离为L,则步聚(II)中的弹簧的压缩量x0= __________

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【推荐1】为了测定一根轻弹簧压缩至最短时能储存的弹性势能,如图所示,将弹簧固定在带有光滑凹槽的轨道一端,并将轨道固定在水平桌面的边缘上。用钢球将弹簧压缩至最短,然后突然释放,钢球将沿轨道飞出桌面,实验时:

(1)需要测定的物理量是___________
A.弹簧的压缩量s                    B.钢球做平抛运动的水平位移x
C.钢球的质量m                      D.桌面距地面的高度h
(2)计算弹簧压缩至最短时弹性势能的表达式是Ep=___________(用上问所填的符号表示,重力加速度为g)。
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【推荐2】如图所示,在探究弹性势能表达式时,在离地面高度为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子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的一小钢球接触,当弹簧处于自然长度时,钢球恰好在桌子边缘.让小钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,并落到水平地面上,钢球水平位移记为s.
   
(1)依据能的转化与守恒思想,小球平抛时具有的初动能_____小球释放前弹簧储存的弹性势能(选填大于”、“小于等于”).
(2)若增大弹簧的压缩量,小球飞行的水平距离将变大,请你推导出弹簧弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地高度h、水平距离s、重力加速度g的关系式:_____
(3)图2为一张印有小方格的纸,记录着实验中钢球的某次运动轨迹,图中a、b、c、d四点为小球平抛时经过的四个位置.则小球平抛初速度的计算式为:v0=_____(用L、g表示).如果小方格的边长L=20cm,计算v0=_____m/s(取g=10m/s2).
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【推荐3】某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧弹性势能与压缩量的关系

①如图23(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,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表,由数据算得劲度系数k=       N/m。(g取9.80m/s2
砝码质量(g)
50
100
150
弹簧长度(cm)
8.62
7.63
6.66
②取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图23(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中操作,得到v与x的关系如图23(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。
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