Question

【題目】某同學準備利用如圖所示的裝置探究勁度系數較大的輕質彈簧T的彈性勢能與其壓縮量之間的關系圖中B為一固定在桌面、帶有刻度的平直光滑導軌，小盒C用輕繩懸掛于O點，彈簧T左端固定，用小球A沿導軌B向左擠壓彈簧，釋放后球A彈出，射入一較重的小盒C中與小盒C一起向右擺動，擺動的最大角度可以被準確測出球A射入盒C后兩者的重心重合，重心距懸點O的距離為試問：

欲完成此探究實驗，該同學在實驗過程中除了要測量最大擺角和重心距懸點O的距離L外，還需要測量哪些物理量？寫出這些物理量及其字母代號．

通過上述的物理量可求出彈簧T將球A彈出時釋放的彈性勢能寫出其計算表達式無需書寫推導過程．

下面是本實驗中的幾個步驟：按實驗裝置安裝好器材；用刻度尺測定C的重心到懸點O的距離L；反復調節盒C的位置，使其運動軌跡平面與光滑軌道在同一平面內，且盒C靜掛，開口正對導軌末端，A、C兩者重心同高；用球A壓縮彈簧，使其重心處于軌道的某一刻度線上，記錄此時的讀數；釋放A球，讓它射入盒C中，一起與C擺動到最大高度；記錄最大擺角；處理數據，得出結論在上述步驟中還缺少哪些主要步驟？請你寫出來．

該實驗除了要保證光滑導軌水平、小球A能正射入小盒C并與C一起運動以外，還應注意些什么？

Answer 1

【答案】（1）小球A的質量m、重盒C的質量M、彈簧的壓縮量X （2） （3）缺少的主要實驗步驟有：用天平稱出小球質量和重盒的質量；用球A接觸彈簧但不壓縮，記錄其重心位置，讀取導軌上相應的讀數；改變彈簧壓縮量，重復實驗若干次 （4）要注意每次實驗時，彈簧壓縮量不要過大，以保證繩總處于繃直狀態，同時擺角不大于；每次實驗時，彈簧的壓縮量也不宜過小，否則壓縮量L及擺角的測量相對誤差大，軌道摩擦損耗不可忽略．

【解析】

（1）彈簧的彈性勢能轉化為球和盒子的重力勢能，要測量重力勢能的增加量，要測量小球A的質量m、重盒C的質量M；要研究彈性勢能和壓縮量的關系，要測量彈簧的壓縮量X；
還需測量：小球A的質量m、重盒C的質量M、彈簧的壓縮量X；

（2）彈性勢能的減小量等于小球的動能的增加量，故E；
碰撞過程動量守恒，故
繼續擺動過程機械能守恒，故：
聯立解得；

（3）缺少的主要實驗步驟有：
①用天平稱出小球質量和重盒的質量；
②用球A接觸彈簧但不壓縮，記錄其重心位置，讀取導軌上相應的讀數；
③改變彈簧壓縮量，重復實驗若干次
（4）①要注意每次實驗時，彈簧壓縮量不要過大，以保證繩總處于繃直狀態，同時擺角不大于；②每次實驗時，彈簧的壓縮量也不宜過小，否則壓縮量L及擺角的測量相對誤差大，軌道摩擦損耗不可忽略．