Question

如圖所示，光滑水平軌道與光滑圓弧軌道相切，輕彈簧的一端固定在軌道的左端，OP是可繞O點轉動的輕桿，且擺到某處就能停在該處；另有一小鋼球。現在利用這些器材測定彈簧被壓縮時的彈性勢能。

圖1
（1）還需要的器材是               、                     。
（2）以上測量實際上是把對彈性勢能的測量轉化為對        能的測量，進而轉化為對            和             的直接測量。
（3）為了研究彈簧的彈性勢能與勁度系數和形變量的關系，除以上器材外，還準備了兩個輕彈簧，所有彈簧的勁度系數均不相同。試設計記錄數據的表格。

Answer 1

（1）天平、刻度尺（2）重力勢、質量、上升高度（3）見解析。

因不知道彈性勢能計算公式，應采用等效替代的方法，把要測量的彈性勢能轉化為便于測量的量。在這個裝置中，若用小鋼球壓縮彈簧至需要的量，然后由靜止釋放小球，彈簧的彈性勢能會轉化為小球的動能，進而在小球沿圓弧軌道上升的過程中轉化為小球的重力勢能。可用對重力勢能的測量來代替對彈性勢能的測量，因此需用天平測量小球的質量，用刻度尺測量小球上升的高度。
要尋找彈性勢能與彈簧的勁度系數和形變量兩個物理量的關系，應采用控制變量法。先保持彈簧的勁度系數不變，研究彈性勢能與形變量的關系；再保持形變量不變，研究彈性勢能與勁度系數的關系。因此記錄數據的表格可設計成如下兩表：
小球的質量m=         Kg，彈簧A

壓縮量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）

壓縮量x=         cm，小球的質量m=         Kg

彈簧	A	B	C
勁度系數k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）