问题 填空题

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?

答案

(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

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