一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,进行

一个同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系,进行了如下实验:在离地面高度为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧,其左端固定,右端与质量为m的一个小钢球接触.当弹簧处于自然长度时,小钢球恰好在桌子边缘,如图所示.让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,使钢球沿水平方向射出桌面,小钢球在空中飞行后落在水平地面上,水平距离为s

1)请你推导出弹簧的弹性势能Ep与小钢球质量m、桌面离地面高度h、小钢球飞行的水平距离s等物理量之间的关系式:                                      

2)弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离s的实验数据如下表所示:

弹簧的压缩量x (cm)

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

小钢球飞行的水平距离s (cm)

1.01

1.50

2.01

2.49

3.01

3.50

根据上面的实验数据,请你猜测弹簧的弹性势能Ep与弹簧的压缩量x之间的关系为                         ,并说明理由:                                           

答案

【解析】(1)小钢球飞出后做平抛运动,由得小钢球离开桌面时的速度为.

由机械能守恒定律可知,轻质弹簧的弹性势能等于小钢球离开桌面时的动能,即

2Ep与弹簧的压缩量x之间的关系为:Epx2成正比.猜测的理由:由表中数据可看出,在误差范围内,x正比于s,又,所以Ep正比于x2

【点评】研究性实验将成为高考实验题的新亮点. 解答研究性实验题的方法是:(1)审题,明确研究性实验的目的和实验方法;(2)根据题述实验情景,综合运用物理知识找出研究性实验得出的关系.

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