Question

14．綜合實驗：
要探究“彈簧彈性勢能大小與彈簧原長的關系”請完成實驗設計方案

器材	木塊、刻度尺、三個原長分別為10cm、15cm、20cm，粗細相同的鋼制彈簧
實驗步驟	將長度為10cm彈簧安裝好；將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s1 將長度為15cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s2 將長度為20cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s3 根據s1、s2和s3的大小 分析數據，得出結論	數據記錄表格

Answer 1

分析 （1）由于彈性勢能的大小不便用儀器測量，本實驗中把彈性勢能的大小轉換為觀察木塊被推動的距離，這種研究方法叫轉換法；
（2）要驗證“彈簧彈性勢能大小與彈簧原長的關系”，要采用控制變量法，控制對彈簧的形變程度相同、接觸面粗糙程度和木塊的重力一定；
（3）探究彈性勢能的大小與彈簧原長的關系，更換長度不同的彈簧，保持彈簧的形變大小相同，放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，觀察木塊被推動距離的遠近來比較彈性勢能的大小；
（4）比較三次木塊被推動的距離得出結論．

解答 解：
（1）要探究“彈簧彈性勢能大小與彈簧原長的關系”時，根據控制變量法的要求，控制對彈簧的壓縮程度相同、更換長度不同的彈簧，觀察彈簧推動木塊運動距離的大小，得出彈簧彈性勢能大小與彈簧原長的關系；
實驗步驟如下：
①將長度為10cm彈簧按下圖安裝好；將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₁；

②將長度為15cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₂；
③將長度為20cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₃；
④比較s₁、s₂和s₃得出結論；
（2）在實驗中要記錄彈簧的長度L、木塊被推動的距離s和彈性勢能的大小，據此設計記錄數據的表格；
數據記錄表格：

實驗次數	彈簧的長度L/cm	木塊被推動的距離s/cm	彈簧彈性勢能的大小
1
2
3

故答案為：
①將長度為10cm彈簧安裝好；將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₁；
②將長度為15cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₂；
③將長度為20cm彈簧安裝好，將小球置于彈簧的右端，使彈簧被壓縮的長度為△L，放手后小球被彈出，與一木塊相碰，記錄木塊被推動了一段距離s₃；
④根據是s₁、s₂和s₃的大小；
 數據記錄表格，見上表．

點評 本題為探究彈性勢能與彈簧原長的關系的實驗，考查了分析實驗能力、考查了學生對控制變量法、轉換法的了解與掌握，主要考查的是學生應用所學物理知識來解決實際問題的能力，設計實驗的能力，屬于難題．