某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一小球接触而不固连;弹簧处于原长时,小球恰好在桌面边缘,如图(a)所示.向左推小球,使弹黄压缩一段距离后由静止释放;小球离开桌面后落到水平地面.通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.
回答下列问题:
(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等.已知重力加速度大小为g.为求得Ek,至少需要测量下列物理量中的______(填正确答案标号).
A.小球的质量m B.小球抛出点到落地点的水平距离s
C.桌面到地面的高度h D.弹簧的压缩量△x
E.弹簧原长l0
(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek,得Ek=______.
(3)图(b)中的直线是实验测量得到的s-△x图线.从理论上可推出,如果h不变,m增加,s-△x图线的斜率会______(填“增大”、“减小”或“不变”);如果m不变,h增加,s-△x图线的斜率会______(填“增大”、“减小”或“不变”).由图(b) 中给出的直线关系和Ek的表达式可知,Ep与△x的______次方成正比.
解(1)由平抛规律可知,由水平距离和下落高度即可求出平抛时的初速度,进而可求出物体动能,所以本实验至少需要测量小球的质量m、小球抛出点到落地点的水平距离s、桌面到地面的高度h,故选ABC.
(2)由平抛规律应有h=1 2
,s=vt,又gt 2
=E k 1 2
,联立可得mv 2
=E k m gs 2 4h
(3)若取弹簧原长为零势面,则弹簧的弹性势能可表示为
=E p
k1 2
,由△x 2
=E p
可得s=E k
.△x,可见若h不变m增加,则斜率减小;若m不变h增加,则斜率会增大.由2kh mg
=E p 1 2
可知k△x 2
△x的2次方成正比.E p
故答案为(1)ABC
(2)m gs 2 4h
(3)减小,增大,2