某研究性学习小组为了研究弹簧的弹性势能Ep跟弹簧的形变量x之间的关系,设计了这样一个实验:在实验桌的边缘固定一光滑凹槽(如图1),凹槽中放一轻质弹簧,弹簧的左端固定,右端与小球接触.当弹簧处于自然长度时,小球恰好在凹槽的边缘.让小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使小球沿水平方向射出凹槽,小球在空中飞行后落到水平地面.
(1)若用天平、刻度尺测量,计算出小球从凹槽射出瞬间的动能,则除了测量小球的质量外,还须测量的物理量有:______. (2)因为小球从凹槽射出时,由于某些偶然因素的影响,即使将弹簧压缩同样的长度,小球射出的水平距离S也会稍有不同.为了准确测出S,某同学欲用小球将弹簧10次压缩到同一个长度,记录下小球这10次抛出的落点,则需使用______等实验器材才能完成相应的记录;现用直尺测量小球射出的水平距离,直尺的零刻度线处于凹槽出口的正下方,小球10个落点的位置如2图所示,则弹簧的该压缩量对应小球射出的水平距离S=______. (3)该组同学进行了定量研究,得到了弹簧压缩量x与弹簧性势能EP的如下实验数据.
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 |
答案
(1)若用天平、刻度尺测量,计算出小球从凹槽射出瞬间的动能,则除了测量小球的质量外,还须知道射出瞬间的初速度, 根据平抛运动运动的规律得:还须测量的物理量有:凹槽出口处与水平面的高度,小球抛出的水平距离; (2)因为小球从凹槽射出时,由于某些偶然因素的影响,即使将弹簧压缩同样的长度,小球射出的水平距离S也会稍有不同.为了准确测出S,某同学欲用小球将弹簧10次压缩到同一个长度,记录下小球这10次抛出的落点,则需使用白纸、复写纸等实验器材才能完成相应的记录;现用直尺测量小球射出的水平距离,直尺的零刻度线处于凹槽出口的正下方,小球10个落点的位置如2图所示,则弹簧的该压缩量对应小球射出的水平距离S=64.0cm. (3)根据上表的数据,可猜想Ep和x之间的关系为Ep∝x2;为验证猜想,可在图3中,以Ep为横坐标、x2为纵坐标作图线,若该图象的形状为直线,说明此猜想正确. 故答案为:(1)凹槽出口处与水平面的高度,小球抛出的水平距离; (2)白纸、复写纸,64.0 (3)Ep∝x2,x2. |
举一反三
为了只用一根弹簧和一把刻度尺测定某滑块与水平桌面间的摩擦因数μ(设μ为定值),某同学经查阅资料得知:一劲度系数为k的轻弹簧由压缩量为x到恢复到原长过程中,弹力所做的功为kx2.于是他设计了下述实验:(1)将弹簧的一端固定在竖直的墙上,使滑块紧靠弹簧将其压缩如图(a),松手后滑块在水平桌面上滑行一段距离后停止.停止时滑块已和弹簧分离如图(b).
(2)将滑块挂在竖直放置的弹簧下,弹簧伸长后保持静止状态如图(c).回答下列问题: ①你认为,该同学应该用刻度尺直接测量的物理量是(写出名称并用符号表示) . ②用测得的物理量表示滑块与水平面间动摩擦因数μ的计算式为μ= . | 某同学用下图中(甲)的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验,他在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,同时用毫米刻度尺分别测出加挂不同钩码时弹簧的长度1,他测出的弹簧的弹力F(F的大小等于所挂钩码受到的重力)与弹簧的长度1的各组数据,并逐点标注在(乙)图中的坐标纸上,由此可以得到该弹簧的原长L0=______mm,该弹簧的劲度系数为______N/m.
| 在“探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系”的实验中,某同学测量弹簧受到的拉力与弹簧的长度,得到如下一组数据:物理量 | 第1次 | 第2次 | 第3次 | 第4次 | 第5次 | 弹力F (N) | 5.0 | 6.0 | 8.0 | 9.0 | 10.0 | 弹簧长l (cm) | 22.00 | 23.80 | 27.41 | 29.20 | 31.02 | 某学习小组要研究影响弹簧劲度系数的因素,他们猜想弹簧的劲度系数k可能与制成弹簧的钢丝的半径r、弹簧圈的半径R和弹簧的圈数n有关.为此他们选择了同种材料制成的不同粗细的钢丝,分别绕成了弹簧圈半径不同的弹簧.再利用薄铁片做为卡片和指示弹簧被拉伸后所到位置的指针,用这个卡片选择对弹簧的不同位置施力,实现对同一个弹簧使用圈数的改变(如图甲所示),从而可得到圈数不同的弹簧.他们分别研究了k与r、k与R和k与n的关系(在研究k与弹簧的一个参量的关系时,另外两参量保持不变),并根据测得的数据,分别画出了k-r、k-R和k-n图象如图乙、丙、丁所示.关于上面实验所采用的科学方法,以及k与r、R和n的关系,下列说法中可能正确的是( )
A.等效替代法,k∝ 在研究摩擦力特点的实验中,将木块放在水平长木板上,如图(a)所示,用力沿水平方向拉木块,拉力从零开始逐渐增大.分别用力传感器采集拉力和木块所受到的摩擦力,并用计算机绘制出摩擦力Ff随拉力F的变化图象,如图(b)所示.已知木块质量为0.78kg,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.
(1)求木块与长木板间的动摩擦因数; (2)如图(c),若木块在与水平方向成37°角斜向右上方的恒定拉力F作用下,以a=2m/s2的加速度从静止开始沿水平面做匀变速直线运动,拉力大小应为多大? (3)在(2)中力作用2s后撤去拉力F,再经过多少时间木块停下?整个运动过程中摩擦力对木块做了多少功? |
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