Question

為了探究“彈性勢能的大小跟哪些因素有關”，小明同學有如下猜想：
猜想一：彈性勢能的大小與彈簧的材料有關；
猜想二：彈性勢能的大小與彈簧被壓縮的程度有關．
（1）為探究猜想一是否正確，小明同學設計了如圖甲所示的實驗裝置，探究方案如下（以下所有彈簧被壓縮后都未超過其彈性限度）請將方案補充完整：
①將A、B兩根外形完全相同，材料不同的彈簧分別按圖甲安裝好；
②將小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度為3cm（見圖乙），放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₁；
③將小球置于彈簧B的右端，

 

木塊被推動了一段距離S₂
④比較S₁、S₂得出結論．
（2）比較以上實驗數據，若

 

，說明彈性勢能的大小與彈簧的材料有關；
（3）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變為觀察木塊被推動的距離，這種研究方法叫

 

，請你舉出一個在探究中用此方法的實例：

 

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（4）某同學想如圖甲所示的實驗裝置探究動能跟質量的關系．
①將彈簧A按如圖甲安裝好；
②將質量為m₁小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度為2cm，放手后小球被彈出，并與一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₃；
③將質量為m₂小球置于彈簧A的右端，使彈簧被壓縮的長度為2cm，放手后小球被彈出，
并與在同一位置的同一木塊相碰，木塊被推動了一段距離S₄；
④比較S₃和S₄得出結論評價該方案

 

（可行或不可行），說出你的理由

 

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Answer 1

分析：（1）根據猜想，彈簧的彈性勢能可能與彈簧的材料、壓縮的程度有關，所以在探究過程中要用控制變量法；
（2）探究彈性勢能的大小與彈簧的材料是否有關，是通過木塊被彈開的遠近來比較彈性勢能的多少，若被彈出的距離相同，則說明彈簧彈性勢能的大小與材料無關，若被彈出的距離不相同，則說明彈簧彈性勢能的大小與材料有關；
（3）分子的無規則運動人肉眼看不到，我們利用轉換法，在清水中滴入紅墨水，通過擴散現象觀察；
磁性的強弱我們看不到，我們利用轉換法，通過磁鐵吸引大頭針的多少來判斷；
（4）能量之間可以相互轉化，當彈簧被壓縮放手后，彈簧將小球彈開，彈性勢能轉化為動能．

解答：解：（1）猜想一：彈性勢能的大小與彈簧的材料有關，要探究彈性勢能與彈簧材料的關系，需保持彈簧被壓縮程度相同，材料不同，并通過小球對木塊做的功來反映彈簧彈性勢能的大小，所以③應為使彈簧被壓縮的長度為3cm，放手后小球被彈出，并與在同一位置的同一木塊相碰；
（2）若小球做功不同，即S₁不等于S₂，說明彈簧的彈性勢能與材料無關；
（3）實驗中把彈性勢能的大小轉變為觀察木塊被推動的距離，這種研究方法叫轉換法；
在探究電磁鐵磁性強弱時，通過電磁鐵吸引大頭針的多少來反映電磁鐵磁性的強弱用到了轉換法；
在探究影響動能大小的因素時，通過小球從斜面滑下推動物體做功的多少來反映動能的大小等，用到了轉換法；
（4）要探究動能和小球質量的關系，應使小球的速度相同，質量不同，通過小球推動木塊做功的多少能夠反映出動能的大�。�
此題中同一彈簧兩次的壓縮程度相同，所以彈性勢能相同，轉化成的小球動能也相同，所以不能控制小球的速度相等，不能通過比較S₃和S₄得出結論．
故答案為：（1）使彈簧被壓縮的長度為3cm，放手后小球被彈出，并與在同一位置的同一木塊相碰；（2）S₁不等于S₂；（3）轉換法；通過電磁鐵吸引大頭針的多少來反映電磁鐵磁性的強弱；（4）不可行；不能控制小球速度相等．

點評：此題是探究彈性勢能的影響因素，考查了控制變量法和轉換法在實驗中的應用，非常典型，在學習中要學會舉一反三．