探究弹簧问题的实验

探究弹簧问题的实验庞留根吕叔湘中学2007年7月@yahoo.com.cn合肥市2007年教学质量检测一1407年广东普宁市华侨中学三模卷13(2)07年1月苏州市教学调研测试1307年佛山市教学质量检测12探究弹簧问题的实验合肥市2007年教学质量检测一1414．几个同学合作如图甲所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关系”，弹簧的上端与标尺的零刻度对齐，他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：（弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g=9.8m/s2）钩码质量m/g0306090120150标尺刻度x/10-2m6.007.158.349.4810.6411.79（1）根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。（2）作出的图线与轴交点的纵坐标值的物理意义是；这种规格弹簧的劲度系数k=N/m（保留三位有效数字）。x/10-2mm/g30121064060901201508弹簧的自然长度（原长）为6cm26.007年广东普宁市华侨中学三模卷13(2)13.（2）如图光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。①还需要的器材是、。②以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对小球能的测量，进而转化为对小球和的直接测量。③为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。试设计记录数据的表格。OP天平刻度尺重力势能质量上升高度③见下页压缩量x（m）上升高度h（m）E=mgh（J）压缩量x=cm，小球的质量m=kg弹簧ABC劲度系数k（N/m）上升高度h（m）E=mgh（J）小球的质量m=kg，弹簧A07年1月苏州市教学调研测试1313.（12分）某同学在资料上发现弹簧振子的周期公式为,弹簧的弹性势能公式为(式中k为弹簧的劲度系数，m为振子的质量，x为弹簧的形变量)．为了验证弹簧的弹性势能公式，他设计了如图甲所示的实验：轻弹簧的一端固定在水平光滑木板一端，另一端连接一个质量为M的滑块，滑块上竖直固定一个挡光条，每当挡光条挡住从光源A发出的细光束时，传感器B因接收不到光线就产生一个电信号，输入电脑后经电脑自动处理就能形成一个脉冲电压波形；开始时滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束。在木板的另一端有一个弹簧枪，发射出质量为m，速度为v0的一个弹丸，弹丸击中木块后留在木块中一起做简谐振动．kmT2221kxEp；（2）系统振动过程中，在电脑上所形成的脉冲电压波形如图乙所示,由图可知该系统的振动周期大小为:通过本实验,根据机械能守恒，如发现Ek＝Ep，即验证了弹簧的弹性势能公式的正确性．（3）如果再测出滑块振动的振幅为A，周期设为T，利用资料上提供的两个公式，结合实验中给出的已知条件求出系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为Ep＝（1）系统在振动过程中，所具有的最大动能Ek＝T＝；；utT02T03T0乙OBAv0甲2022v)mM(m2T020222TA)mM(解见下页解：（1）由动量守恒定律mv0=(m+M)V系统在振动过程中，所具有的最大动能2022221v)mM(mV)mM(Ek（2）系统在振动过程中，每一个周期有两次通过平衡位置，产生两个电信号，所以振动周期T=2T0（3）由系统周期公式022TkmMT202T)Mm(k由弹性势能公式221kxEp系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为20222221TA)mM(kAEPm题目07年佛山市教学质量检测1212．某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关系。图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑导轨，小盒C用轻绳悬挂于O点，弹簧T左端固定，用小球A沿导轨B向右挤压弹簧，释放后球A弹出，射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动，摆动的最大角度θ可以被准确测出。球A射入盒C后两者的重心重合，重心距悬点O的距离为L。试问：（1）欲完成此探究实验，该同学在实验过程中除了要测量最大摆角θ和重心距悬点O的距离L外，还需要测量哪些物理量？写出这些物理量及其字母代号。LOθABCT第3页（2）通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时释放的弹性势能EP。写出其计算表达式（无需书写推导过程）。（3）下面是本实验中的几个步骤：①按实验装置安装好器材；②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L；③反复调节盒C的位置，使其运动轨迹平面与光滑轨道在同一平面内，且盒C静挂，开口正对导轨末端，A、C两者重心同高；④用球A压缩弹簧，使其重心处于轨道的某一刻度线上，记录此时的读数；⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度;⑥记录最大摆角θ；⑦处理数据，得出结论。在上述步骤中还缺少哪些主要步骤？请你写出来。第4页（4）该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正射入小盒C并与C一起运动以外，还应注意些什么？解：(1)还需测量小球A的质量m、重盒C的质量M、弹簧的压缩量x（2）21p(Mm)EgL(cos)m(3)缺少的主要实验步骤有：①用天平称出小球质量和重盒的质量；②用球A接触弹簧但不压缩，记录其重心位置，读取导轨上相应的读数；③改变弹簧压缩量，重复实验若干次。题目解(4).还应注意：①要注意每次实验时，弹簧压缩量不要过大，以保证绳总处于绷直状态，同时摆角不大于90°；②每次实验时，弹簧的压缩量也不宜过小，否则压缩量L及摆角θ的测量相对误差大，轨道摩擦损耗不可忽略。题目第2页