探究弹簧问题的实验讲课稿

为了验证弹簧的弹性势能公式，他设计了如图甲所示
的实验：轻弹簧的一端固定在水平光滑木板一端，另
一端连接一个质量为M的滑块，滑块上竖直固定一个 挡光条，每当挡光条挡住从光源A发出的细光束时， 传感器B因接收不到光线就产生一个电信号，输入电
脑后经电脑自动处理就能形成一个脉冲电压波形；开
始时滑块静止在平衡位置恰好能挡住细光束。在木板
kg，弹簧A
压缩量x= cm，小球的质量m=
弹簧
A
B
劲度系数k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
kg C
07年1月苏州市教学调研测试13
13.（12分）某同学在资料上发现弹簧振子的周期公
式为
T2
mk
,弹簧的弹性势能公式为E
p
1 2
kx2
(式
中k为弹簧的劲度系数，m为振子的质量，x为弹簧的
形变量)．
探究弹簧问题的实验
（1）根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出 弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。
（2）作出的图线与轴交点的纵坐标值的物理意义 是 弹簧的自然长度（原长）为6cm ；这种规格
弹簧的劲度系数k= 26.0 N/m
（保留三位有效数字）。
x/10-2 m
12
10
8
6
m/g
4
Ek1 2(M m)V22(M m 2m)v0 2
（2）系统在振动过程中，每一个周期有两次通过平衡
位置，产生两个电信号，所以振动周期T=2T0
（3）由系统周期公式
2(mM)
由弹性势能k公式T02 E
T2
p
1 2
kx
Mkm2T0
2
系统振动过程中弹簧的最大弹性势能为
EPm 1 2kA 2(M2m T0)2A22
的另一端有一个弹簧枪，发射出质量为m，速度为v0 的一个弹丸，弹丸击中木块后留在木块中一起做简谐
振动．
（1）系2( M统m在2 m振)动v02 过程；中，所具有的最大动能Ek＝
（2）系统振动过程中，在电脑上所形成的脉冲电压波 形如图乙所示, 由图可知该系统的振动周期大小为:
T＝ 2T0
；
（3）如果再测出滑块振动的振幅为A，周期设为T，
第4页
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（4）该实验除了要保证光滑导轨水平、小球A能正 射入小盒C并与C一起运动以外，还应注意些什么？
解： (1) 还需测量小球A的质量m、重盒C的质量M、 弹簧的压缩量x
（2） Ep(Mm m)2gL(1cos)
(3) 缺少的主要实验步骤有：
①用天平称出小球质量和重盒的质量；
②用球A接触弹簧但不压缩，记录其重心位置，读 取导轨上相应的读数； ③改变弹簧压缩量，重复实验若干次。
的最大角度θ可以被准确测出。球A射入盒C后两者
的重心重合，重心距悬点O的距离为L。试问：
（1）欲完成此探究实验，该同
学在实验过程中除了要测量最大
摆角θ和重心距悬点O的距离L外，
还需要测量哪些物理量？写出这
些物理量及其字母代号。
T B
O θ
L AC
第3页
（2）通过上述的物理量可求出弹簧T将球A弹出时 释放的弹性势能EP。写出其计算表达式（无需书写 推导过程）。
利用资料上提供的两个公式，结合实验中给出的已知
条(件M求出m系)统2A振2 动过程中弹簧的最大弹性A势能为Ep＝
2T02
；
通过本实验, 根据机械能守恒， B
如发现Ek＝Ep，即验证了弹簧
v0
u
的弹性势能公式的正确性．
解见下页
甲
t
O T0乙2T0 3T0
解：（1）由动量守恒定律 mv0=(m+M)V 系统在振动过程中，所具有的最大动能
（3）下面是本实验中的几个步骤： ①按实验装置安装好器材； ②用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L； ③反复调节盒C的位置，使其运动轨迹平面与光滑轨 道在同一平面内，且盒C静挂，开口正对导轨末端， A、C两者重心同高； ④用球A压缩弹簧，使其重心处于轨道的某一刻度线 上，记录此时的读数； ⑤释放A球,让它射入盒C中,一起与C摆动到最大高度; ⑥记录最大摆角θ； ⑦处理数据，得出结论。 在上述步骤中还缺少哪些主要步骤？请你写出来。
题目
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解 (4). 还应注意： ①要注意每次实验时，弹簧压缩量不要过大，以保 证绳总处于绷直状态，同时摆角不大于90°； ②每次实验时，弹簧的压缩量也不宜过小，否则压 缩量L及摆角θ的测量相对误差大，轨道摩擦损耗不 可忽略。
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②以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对小球 重力势能 能的测量，进而转化为对小球 质量 和 上升高度 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。
③见下页
O
P
小球的质量m=
压缩量x（m） 上升高度h（m） E=mgh（J）
0
30
60
90
120
150
07年广东普宁市华侨中学三模卷13(2) 13.（2）如图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。 ①还需要的器材是 天平 、 刻度尺 。
题目
07年佛山市教学质量检测12
12．某同学准备利用如图所示的装置探究劲度系数
较大的轻质弹簧T的弹性势能与其压缩量之间的关
系。图中B为一固定在桌面、带有刻度的平直光滑
导轨，小盒C用轻绳悬挂于O点，弹簧T左端固定，
用小球A沿导轨B向右挤压弹簧，释放后球A弹出，
射入一较重的小盒C中与小盒C一起向右摆动，摆动