Question

小明在老師的指導下用小球和彈簧等器材進行了如下實驗與探究（不考慮空氣阻力，g取10N/kg）：

（1）讓小球從某高度處由靜止開始下落到豎直放置的輕彈簧上（如圖甲），在剛接觸輕彈簧的瞬間（如圖乙），小球速度為5m/s．從小球接觸彈簧到將彈簧壓縮至最短（如圖丙）的整個過程中，得到小球的速度v和彈簧縮短的長度△x之間的關系如圖丁所示，其中A為曲線的最高點．已知該輕彈簧每受到0.1N的壓力就縮短1cm，并且輕彈簧在全過程中始終發生彈性形變．
①從小球接觸彈簧到將彈簧壓縮至最短的過程中，小球動能的變化情況是______，小球機械能的變化情況是______．
②實驗中所用小球的質量為______kg，全過程中，彈簧中彈力的最大值為______N．
③由圖可知，當彈簧的壓縮量最大時，小球的速度為0，此時，小球處于______態（選填“平衡”或“非平衡”）．
（2）小明想進一步探究小球下落壓縮彈簧時，彈簧的最大壓縮量是否與小球的質量有關，請簡述小明的實驗方案．
簡要做法：______；
如何判斷：______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①動能的大小與物體的質量和速度有關，分析小球質量和速度的變化，便可得出動能的變化情況．
當小球壓縮彈簧時，一部分機械能轉化為彈簧的彈性勢能．
②根據物體的運動情況，若動力大于阻力，則物體加速運動；若動力小于阻力，則物體減速運動．
根據圖象中小球的運動情況，可得出及題目中給出的條件便可求出小球的質量．
根據題目中給出的彈簧受力與被壓縮的程度得出彈簧中彈力的最大值．
③分析小球的重力和彈力之間的大小關系得出結論．
（2）要探究小球下落壓縮彈簧時，彈簧的最大壓縮量是否與小球的質量有關，需控制小球下落的高度相同，壓縮同一個彈簧，小球的質量不同．
解答：解：（1）①由題意知，開始小球的速度增大，后來速度減小，整個過程中小球的質量不變，所以小球的動能先增大后減小．
在下落過程中，小球壓縮彈簧對彈簧做功，一部分機械能轉化為彈簧的彈性勢能，所以其機械能減小．
②由小球的速度圖象知，開始小球的速度增大，說明小球的重力大于彈簧對它的彈力，當△x為0.1m時，小球的速度最大，然后減小，說明當△x為0.1m時，小球的重力等于彈簧對它的彈力．所以可得G=F=0.1N/cm×0.1×100cm=1N
則m===0.1kg
彈簧的最大縮短量為△x_最大=0.61m=61cm
所以F_最大=0.1N/cm×61cm=6.1N
③由②中數據知，當彈簧的壓縮量最大時，小球的速度為0，此時，小球受到的彈力大于其重力，所以小球處于不平衡態．
（2）要彈簧的最大壓縮量是否與小球的質量有關，需使質量不同的小球從同一高度落下，測出彈簧的壓縮量進行比較．
若壓縮量不同，則說明壓縮量與小球的質量有關，并根據壓縮量與質量的大小得出壓縮量與小球的質量的大小關系．
故答案為：（1）①先變大后減小；減小；②0.1；6.1；③非平衡；（2）使質量不同的小球從同一高度落下，測出彈簧的壓縮量進行比較；若壓縮量不同，則說明壓縮量與小球的質量有關，并根據壓縮量與質量的大小得出壓縮量與小球的質量的大小關系．
點評：此題是一道信息題，題目中給出一個新的信息，讓學生根據自己學過的知識結合信息解決問題．考查了學生接受新知識、運用新知識的能力．符合中考的動向．