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一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,他的实验如下: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,小球在空中飞行后落到水平地面,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,水平距离s等物理量的关系式.
(2)弹簧长度的压缩量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:

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从上面的实验数据,你猜测弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间有何关系?为什么?
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(1)释放弹簧后,弹簧储存的弹性势能转化为小球的动能
Ep=
1
2
mv2  ①
小球接下来做平抛运动,有
s=vt      ②
h=
1
2
gt2   ③
由①②③式可解得
Ep=
ms2g
4h

即弹簧的弹性势能EP与小钢球质量m、桌面离地面高度h,水平距离s等物理量的关系式为
ms2g
4h

(2)由(1)的结论知:EP∝s2
题目表格中给定的数据可知s∝x,综上可知:EP∝x2
故弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间的关系为EP∝x2
练习册系列答案
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一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧形变量的关系.实验装置如图所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右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的小球刚好接触.将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桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹.
(1)若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为
mg
4h
s2
mg
4h
s2

(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:
弹簧压缩量x/cm 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
小球飞行水平距离s/m 0.21 0.30 0.41 0.49 0.61 0.69
结合(1)问与表中数据,可分析得到弹簧弹性势能Ep与弹簧压缩量x之间的函数关系式为
B
B
(k为比例系数)
A.EP=kx    B.EP=kx2    C.EP=k
x
    D.EP=k
1
x

(3)你认为Ep与x的关系式中的比例系数k与弹簧的什么因素有关?

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(2007?淄博模拟)一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,他的实验如下: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,小球在空中飞行后落到水平地面,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,水平距离s等物理量的关系式.
(2)弹簧长度的压缩量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:

从上面的实验数据,你猜测弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间有何关系?为什么?

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(2011?湖北模拟)一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.实验装置如下图甲所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右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的小刚球接触.将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桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹.
(1)若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为
Ep=
mgs2
4h
Ep=
mgs2
4h

(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:
弹簧压缩量x/(cm) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50
小球飞行水平距离s/m 2.01 3.00 4.01 4.98 6.01 6.99
结合(1)问与表中数据,弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式应为
Ep=
104mgx2
h
Ep=
104mgx2
h

(3)完成实验后,该同学对上述装置进行了如下图乙所示的改变:(I)在木板表面先后钉上白纸和复写纸,并将木板竖直立于靠近桌子右边缘处,使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板并在白纸上留下痕迹O;(II)将木板向右平移适当的距离固定,再使小球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放,撞到木板上得到痕迹P;(III)用刻度尺测量纸上O点到P点的竖直距离为y.若已知木板与桌子右边缘的水平距离为L,则(II)步骤中弹簧的压缩量应该为
x=
L
200
h
y
x=
L
200
h
y


(4)若该同学在完成图乙实验的过程中,弹簧与桌子右边缘不垂直,用(3)问的方法计算得出的弹簧压缩量比实际
偏小
偏小
(选填“偏大”、“偏小”或“没有影响”).

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(1)若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为         

(2)该同学改变弹簧的压缩量进行多次测量得到下表一组数据:

弹簧压缩量x/cm

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

小球飞行水平距离s/m

0.21

0.30

0.41

0.49

0.61

0.69

结合(1)问与表中数据,可分析得到弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的函数关系式为         (k为比例系数)

A.      B.     C.      D.

(3)你认为与x的关系式中的比例系数k与弹簧的什么因素有关?

 

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一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。实验装置如右图甲所示,在离地面高为h的光滑水平桌面上,沿着与桌子右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的小钢球接触。将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桌面,小球在空中飞行落到位于水平地面的记录纸上留下痕迹。若测得某次压缩弹簧释放后小球落点P痕迹到O点的距离为s,则释放小球前弹簧的弹性势能表达式为          

 

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