Question

如圖所示，光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切，輕彈簧的一端固定在軌道的左端，OP是可繞O點轉動的輕桿，且擺到某處就能停在該處；另有一小鋼球．現在利用這些器材測定彈簧被壓縮時的彈性勢能．
（1）還需要的器材是______、______．
（2）以上測量實際上是把對彈性勢能的測量轉化為對______能的測量，進而轉化為對______和______的直接測量．
（3）為了研究彈簧的彈性勢能與勁度系數和形變量的關系，除以上器材外，還準備了兩個輕彈簧，所有彈簧的勁度系數均不相同．試設計記錄數據的表格．

Answer 1

解：（1）用小球壓縮彈簧，再將彈簧釋放，彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能，由于水平軌道與圓弧軌道均是光滑的，只有彈簧的彈力和重力做功，小球和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，根據機械能守恒定律得，彈簧的彈性勢能E_p=mgh，因此需要用天平測量小球的質量m，用刻度尺測量小球在光滑圓弧軌道上上升的高度h．
（2）根據機械能守恒可知，實際上是把對彈性勢能的測量轉化為對重力勢能的測量，根據重力勢能的計算公式E_p=mgh，可知需要直接測量的物理量是質量、上升高度．
（3）設計表格如下：
小球的質量m= kg，彈簧A（勁度系數一定，研究彈性勢能與壓縮量關系）

壓縮量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

壓縮量x= cm，小球的質量m= kg（壓縮量一定，研究彈性勢能與勁度系數關系）

彈簧	A	B
勁度系數k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

故答案為：（1）天平，刻度尺；
（2）重力勢，質量，上升高度；
（3）設計表格如上．
分析：由題，水平軌道與圓弧軌道均是光滑的，用小球壓縮彈簧，再將彈簧釋放，彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能，根據機械能守恒定律分析需要的器材．實際上是把對彈性勢能的測量轉化為對重力勢能的測量，根據重力勢能的計算公式確定需要直接測量的物理量．
點評：本題采用等效替代的思維方法，將不容易測量的量轉化為容易測量的量；記錄數據表格的設計要通過實際做實驗去訓練．