Question

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。重力加速度为g。

     

（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__________；（用m、g、s、h等四个字母表示）

（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/cm	20.10	30.00	40.10	49.90		69.90

根据表中已有数据，表中缺失的数据可能是s=________________cm；

（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________。（用L、h、y等三个字母表示）

Answer

60.00（59.90～60.10之间都算对，有效数字必须4位）

【解析】试题分析：（1）由平抛运动规律有：，得：

由机械能守恒定律得：，

释放小球前弹簧的弹性势能表达式为：；

（2）由表中数据可看出，在误差范围内，s正比于x，即，所以缺少的数据为60.00cm；

（3）由表中数据可看出，在误差范围内，，又，所以弹簧弹性势能与弹簧压缩量x之间的关系式应为：，由得，小球释放前压缩弹簧的弹性势能为：， 由此解得：