某同学利用气垫导轨和数字计时器,探究轻弹簧弹性势能与形变量的关系. 如图所示,气垫导轨上有很多小孔,气泵输入压缩空 气,从小孔中喷出,会使质量为 0.5kg 滑块 与导轨之间有一层薄的空气,使二者不接触 从而大大减小阻力.一端固定有轻弹簧的滑 块在导轨上滑行,当通过数字计时器时,遮 光片挡住光源,与光敏管相连的电子电路就会记录遮光时间△t.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/5/1/2194050498764800/2196671008645123/STEM/84203cd4-664e-4a26-baa9-a0c20ae1e99b.png?resizew=500)
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(1)接通气泵,调节气垫导轨左端高度,轻推滑块,使其刚好能够匀速运动,说明气垫导轨已经水平:
(2)使用 10 分度游标卡尺测量滑块上遮光片宽度如图乙所示,读出其宽 d=_______ cm;
(3)压缩弹簧记录其压缩量;
(4)释放滑块,滑块离开弹簧后通过数字计时器,计时器显示时间△t;
(5)多次重复步骤(3)和(4),将数据记录到数据表格中,并计算出滑块相应的动能;
(6)由机械能守恒定律可知,滑块的动能等于释放滑块时弹簧的势能:
(7)表格中弹簧压缩量为 5.00cm 时,其动能为__________ J(结果要求三位有效数字);
(8)由表格中数据可知,弹簧的弹 性势能与其形变量的关系为______ .
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(1)接通气泵,调节气垫导轨左端高度,轻推滑块,使其刚好能够匀速运动,说明气垫导轨已经水平:
(2)使用 10 分度游标卡尺测量滑块上遮光片宽度如图乙所示,读出其宽 d=
(3)压缩弹簧记录其压缩量;
(4)释放滑块,滑块离开弹簧后通过数字计时器,计时器显示时间△t;
(5)多次重复步骤(3)和(4),将数据记录到数据表格中,并计算出滑块相应的动能;
(6)由机械能守恒定律可知,滑块的动能等于释放滑块时弹簧的势能:
弹簧压缩量 | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 |
滑块遮光时间 | 57.5 | 28.4 | 19.1 | 14.4 | 11.5 |
滑抉的动能 | 0.010 | 0.041 | 0.091 | 0.160 |
(7)表格中弹簧压缩量为 5.00cm 时,其动能为
(8)由表格中数据可知,弹簧的弹 性势能与其形变量的关系为
更新时间:2019-05-04 23:21:31
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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】学习了《机械能守恒定律》之后,某研究性学习小组自行设计了“探究弹簧的弹性势能与形变量的关系”实验。他们的方法如下:
(1)如甲图所示,在轻弹簧上端固定一只力传感器,然后固定在铁架台上,当用手向下拉伸弹簧时,弹簧的弹力可从传感器读出。用刻度尺测量弹簧原长和伸长后的长度,从而确定伸长量。测量数据如表格所示:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/12/15/1838961686315008/1842325831008256/STEM/d3ec870b-8f59-4dff-af66-325890891de5.png?resizew=711)
(2)以x为横坐标,F为纵坐标,请你在图乙的坐标纸上描绘出弹力与伸长量关系的图线____ 。并由图线求得该弹簧的劲度系数
=________ (保留两位有效数字)。
(3)取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图丙所示。调整导轨水平,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的时间近似相等。
(4)用天平秤出滑块的质量m=300g。
(5)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,弹簧的弹性势能全部转化为________________ 。
(6)多次重复(5)中的操作,在弹簧弹性限度内得到v与x的数据整理如下表所示:
(7)结合上面测出的劲度系数
和滑块质量m,可得到的表达式:_____________ 。
(8)由上述实验可得的结论:___________ 。
(1)如甲图所示,在轻弹簧上端固定一只力传感器,然后固定在铁架台上,当用手向下拉伸弹簧时,弹簧的弹力可从传感器读出。用刻度尺测量弹簧原长和伸长后的长度,从而确定伸长量。测量数据如表格所示:
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伸长量x/10-2 m | 2.00 | 4.00 | 6.00 | 8.00 | 10.00 |
弹力F/N | 1.60 | 3.19 | 4.75 | 6.38 | 8.02 |
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f0a532e15e232cb4b99a8d4d07c89575.png)
(3)取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图丙所示。调整导轨水平,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的时间近似相等。
(4)用天平秤出滑块的质量m=300g。
(5)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,弹簧的弹性势能全部转化为
(6)多次重复(5)中的操作,在弹簧弹性限度内得到v与x的数据整理如下表所示:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
![]() | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 6.00 |
![]() | 1.00 | 4.00 | 9.00 | 16.00 | 25.00 | 36.00 |
![]() | 0.161 | 0.320 | 0.479 | 0.648 | 0.800 | 0.954 |
![]() | 0.026 | 0.103 | 0.230 | 0.420 | 0.6400 | 0.910 |
![]() | 0.0039 | 0.0155 | 0.0346 | 0.0630 | 0.0960 | 0.1365 |
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f0a532e15e232cb4b99a8d4d07c89575.png)
(8)由上述实验可得的结论:
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【推荐2】在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时,小明提出了如下猜想:
猜想一:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关;
猜想二:弹性势能的大小与弹簧的材料有关;
猜想三:弹性势能的大小与弹簧的长度有关;
猜想四:弹性势能的大小与弹簧的粗细有关.
(1)为验证猜想一,他设计了如图所示实验,实验时将同一弹簧压缩______ (相同/不同)的长度(弹簧被压缩后未超过其弹性限度),将小球置于弹簧的右端,松开后小球碰到同一位置的相同木块上,分析比较木块被推动的距离,从而比较弹性势能的大小;
(2)为验证猜想二,需选用长度和粗细相同、材料不同的两根弹簧,实验时将两根弹簧压______ (相同/不同)的长度,将小球置于弹簧的右端,松开后小球碰到同一位置的相同木块上,对数据进行比较分析时,若____________ ,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关;
(3)小明根据实验现象认为:小球和木块移动一段距离后都要停下来,所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了,你认为小明的观点对吗,理由是_____________ .
猜想一:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关;
猜想二:弹性势能的大小与弹簧的材料有关;
猜想三:弹性势能的大小与弹簧的长度有关;
猜想四:弹性势能的大小与弹簧的粗细有关.
(1)为验证猜想一,他设计了如图所示实验,实验时将同一弹簧压缩
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(2)为验证猜想二,需选用长度和粗细相同、材料不同的两根弹簧,实验时将两根弹簧压
(3)小明根据实验现象认为:小球和木块移动一段距离后都要停下来,所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了,你认为小明的观点对吗,理由是
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名校
【推荐3】用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能.将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,右端在O点,在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连.先用米尺测得B、C两点间距离s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A后由静止释放,由计时器的显示计算出遮光片从B到C所用的时间为t.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/4/17/2190733482188800/2199162146643969/STEM/bcac6d86-4039-4a24-80ae-7f5b00dbdf9a.png?resizew=245)
(1)滑块离开弹簧时速度大小的表达式为________ .
(2)若减小A、O之间的距离,时间t将________ (填“增大”、“减小”或“不变”).
(3)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量________ .
A.弹簧原长
B.当地重力加速度
C.弹簧的压缩量AO的大小
D.滑块(含遮光片)的质量
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/4/17/2190733482188800/2199162146643969/STEM/bcac6d86-4039-4a24-80ae-7f5b00dbdf9a.png?resizew=245)
(1)滑块离开弹簧时速度大小的表达式为
(2)若减小A、O之间的距离,时间t将
(3)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量
A.弹簧原长
B.当地重力加速度
C.弹簧的压缩量AO的大小
D.滑块(含遮光片)的质量
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