Question

如图所示，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______、______．
（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对______能的测量，进而转化为对______和______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．

Answer 1

解：（1）用小球压缩弹簧，再将弹簧释放，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，由于水平轨道与圆弧轨道均是光滑的，只有弹簧的弹力和重力做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，根据机械能守恒定律得，弹簧的弹性势能E_p=mgh，因此需要用天平测量小球的质量m，用刻度尺测量小球在光滑圆弧轨道上上升的高度h．
（2）根据机械能守恒可知，实际上是把对弹性势能的测量转化为对重力势能的测量，根据重力势能的计算公式E_p=mgh，可知需要直接测量的物理量是质量、上升高度．
（3）设计表格如下：
小球的质量m= kg，弹簧A（劲度系数一定，研究弹性势能与压缩量关系）

压缩量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

压缩量x= cm，小球的质量m= kg（压缩量一定，研究弹性势能与劲度系数关系）

弹簧	A	B
劲度系数k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

故答案为：（1）天平，刻度尺；
（2）重力势，质量，上升高度；
（3）设计表格如上．
分析：由题，水平轨道与圆弧轨道均是光滑的，用小球压缩弹簧，再将弹簧释放，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，根据机械能守恒定律分析需要的器材．实际上是把对弹性势能的测量转化为对重力势能的测量，根据重力势能的计算公式确定需要直接测量的物理量．
点评：本题采用等效替代的思维方法，将不容易测量的量转化为容易测量的量；记录数据表格的设计要通过实际做实验去训练．