Question

某研究性學(xué)習(xí)小組為了研究彈簧的彈性勢能E_p跟彈簧的形變量x之間的關(guān)系，設(shè)計了這樣一個實驗：在實驗桌的邊緣固定一光滑凹槽（如圖1），凹槽中放一輕質(zhì)彈簧，彈簧的左端固定，右端與小球接觸．當(dāng)彈簧處于自然長度時，小球恰好在凹槽的邊緣．讓小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，使小球沿水平方向射出凹槽，小球在空中飛行后落到水平地面．

（1）若用天平、刻度尺測量，計算出小球從凹槽射出瞬間的動能，則除了測量小球的質(zhì)量外，還須測量的物理量有：

 

．
（2）因為小球從凹槽射出時，由于某些偶然因素的影響，即使將彈簧壓縮同樣的長度，小球射出的水平距離S也會稍有不同．為了準(zhǔn)確測出S，某同學(xué)欲用小球?qū)�彈�?0次壓縮到同一個長度，記錄下小球這10次拋出的落點，則需使用

 

等實驗器材才能完成相應(yīng)的記錄；現(xiàn)用直尺測量小球射出的水平距離，直尺的零刻度線處于凹槽出口的正下方，小球10個落點的位置如2圖所示，則彈簧的該壓縮量對應(yīng)小球射出的水平距離S=

 

．
（3）該組同學(xué)進行了定量研究，得到了彈簧壓縮量x與彈簧性勢能E_P的如下實驗數(shù)據(jù)．

x（10-2m）	0	1.00	1.41	1.73	2.00	2.45	3.00	3.16
Ep（J）	0	0.05	0.10	0.15	0.20	0.30	0.45	0.50

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，可猜想E_p和x之間的關(guān)系為

 

；為驗證猜想，可在圖3中，以E_p為橫坐標(biāo)、

 

為縱坐標(biāo)作圖線，若該圖象的形狀為直線，說明此猜想正確．

Answer 1

分析：首先對小球的運動情況進行分析，小球離開光滑槽后做平拋運動，常用的方法是把運動沿水平和豎直方向進行分解為勻速直線運動和自由落體運動，分別進行列式解答．
根據(jù)實驗的原理需要測量小球的水平位移和彈簧的形變量，利用白紙和復(fù)寫紙記錄小球的落地點．故還需要白紙和復(fù)寫紙．

解答：解：（1）若用天平、刻度尺測量，計算出小球從凹槽射出瞬間的動能，則除了測量小球的質(zhì)量外，還須知道射出瞬間的初速度，
根據(jù)平拋運動運動的規(guī)律得：還須測量的物理量有：凹槽出口處與水平面的高度，小球拋出的水平距離；
（2）因為小球從凹槽射出時，由于某些偶然因素的影響，即使將彈簧壓縮同樣的長度，小球射出的水平距離S也會稍有不同．為了準(zhǔn)確測出S，某同學(xué)欲用小球?qū)�彈�?0次壓縮到同一個長度，記錄下小球這10次拋出的落點，則需使用白紙、復(fù)寫紙等實驗器材才能完成相應(yīng)的記錄；現(xiàn)用直尺測量小球射出的水平距離，直尺的零刻度線處于凹槽出口的正下方，小球10個落點的位置如2圖所示，則彈簧的該壓縮量對應(yīng)小球射出的水平距離S=64.0cm．
（3）根據(jù)上表的數(shù)據(jù)，可猜想E_p和x之間的關(guān)系為E_p∝x²；為驗證猜想，可在圖3中，以E_p為橫坐標(biāo)、x²為縱坐標(biāo)作圖線，若該圖象的形狀為直線，說明此猜想正確．
故答案為：（1）凹槽出口處與水平面的高度，小球拋出的水平距離；
（2）白紙、復(fù)寫紙，64.0
（3）E_p∝x²，x²．

點評：該題首先是考察了平拋運動的應(yīng)用，解決關(guān)于平拋運動的問題常用的方法是沿著水平和豎直兩個方向進行分解，運用各方向上的運動規(guī)律進行解答．
本題借助于平拋運動以及數(shù)學(xué)推導(dǎo)考查了彈性勢能和彈性形變量之間的關(guān)系，是考查知識綜合應(yīng)用、公式理論推導(dǎo)的好題．