Question

【题目】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向左挤压弹簧，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，摆动的最大角度可以被准确测出球A射入盒C后两者的重心重合，重心距悬点O的距离为试问：

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．

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写出其计算表达式无需书写推导过程．

下面是本实验中的几个步骤：按实验装置安装好器材；用刻度尺测定C的重心到悬点O的距离L；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；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；释放A球，让它射入盒C中，一起与C摆动到最大高度；记录最大摆角；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．

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？

Answer 1

【答案】（1）小球A的质量m、重盒C的质量M、弹簧的压缩量X （2） （3）缺少的主要实验步骤有：用天平称出小球质量和重盒的质量；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；改变弹簧压缩量，重复实验若干次 （4）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；每次实验时，弹簧的压缩量也不宜过小，否则压缩量L及摆角的测量相对误差大，轨道摩擦损耗不可忽略．

【解析】

（1）弹簧的弹性势能转化为球和盒子的重力势能，要测量重力势能的增加量，要测量小球A的质量m、重盒C的质量M；要研究弹性势能和压缩量的关系，要测量弹簧的压缩量X；
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）弹性势能的减小量等于小球的动能的增加量，故E；
碰撞过程动量守恒，故
继续摆动过程机械能守恒，故：
联立解得；

（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
（4）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；②每次实验时，弹簧的压缩量也不宜过小，否则压缩量L及摆角的测量相对误差大，轨道摩擦损耗不可忽略．