题目

题型：不详难度：来源：

如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。

图1
（1）还需要的器材是               、                     。
（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对        能的测量，进而转化为对            和             的直接测量。
（3）为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。试设计记录数据的表格。

答案

（1）天平、刻度尺（2）重力势、质量、上升高度（3）见解析。

解析

因不知道弹性势能计算公式，应采用等效替代的方法，把要测量的弹性势能转化为便于测量的量。在这个装置中，若用小钢球压缩弹簧至需要的量，然后由静止释放小球，弹簧的弹性势能会转化为小球的动能，进而在小球沿圆弧轨道上升的过程中转化为小球的重力势能。可用对重力势能的测量来代替对弹性势能的测量，因此需用天平测量小球的质量，用刻度尺测量小球上升的高度。
要寻找弹性势能与弹簧的劲度系数和形变量两个物理量的关系，应采用控制变量法。先保持弹簧的劲度系数不变，研究弹性势能与形变量的关系；再保持形变量不变，研究弹性势能与劲度系数的关系。因此记录数据的表格可设计成如下两表：
小球的质量m=         Kg，弹簧A

压缩量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

压缩量x=         cm，小球的质量m=         Kg

弹簧	A	B	C
劲度系数k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）