在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数．为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行

题文

（1）在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度的比值，叫做弹簧的劲度系数．为了测量一轻弹簧的劲度系数，某同学进行了如下实验设计：如图所示，将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好，水平放置的轻弹簧一端固定于O点，另一端与金属杆连接并保持绝缘．在金属杆滑动的过程中，弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直，弹簧的形变始终在弹性限度内，通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹簧形变较大时读数等方法，使摩擦对实验结果的影响可忽略不计．
请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题．
①帮助该同学完成实验设计．请你用低压直流电源（



）、滑动变阻器（



）、电流表（



）、开关（



）设计一电路图，画在图中虚线框内，并正确连在导轨的C、D两端．
②若已知导轨间的距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，正确连接电路后，闭合开关，使金属杆随挡板缓慢移动，当移开挡板且金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₁，记下金属杆的位置，断开开关，测出弹簧对应的长度为x₁；改变滑动变阻器的阻值，再次让金属杆静止时，测出通过金属杆的电流为I₂，弹簧对应的长度为x₂，则弹簧的劲度系数k=______．
（2）气垫导轨（如图甲）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b．气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s₁、s₂和s₃．若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为______、______，两滑块的总动量大小为______；碰撞后两滑块的总动量大小为______．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

题型：未知 难度：其他题型

答案

（1）①低压直流电源E、滑动变阻器R、电流表、开关S串接在CD两点之间，如右图所示．




②设弹簧原长为L₀，应用胡克定律有K（X₁-L₀）=BI₁d、
                                K（X₂-L₀）=BI₂d，
两式相减可得K（X₁-X₂）=B（I₁-I₂）d，解得K=Bd(I1-I2)x1-x2；
法2、根据胡克定律F=KX可得△F=K△X，则K=△F△x=Bd(I1-I2)x1-x2；
（2）动量P=mV，根据V=S5T  可知两滑块碰前的速度分别为V₁=0.2S₁b、V₂=0.2S₃b，
则碰前动量分别为0.2abs₁和0.2abs₃，总动量大小为aV₁-aV₂=0.2ab（s₁-s₃）；
碰撞后两滑块的总动量大小为2av=2as25T=0.4abs2
答：（1）①设计的电路如图．




②Bd(I1-I2)x1-x2或Bd(I2-I1)x2-x1
（2）0.2abs₃  0.2abs₁（两空可互换），
  0.2ab（s₁-s₃）； 0.4abs₂

解析

Bd(I1-I2)x1-x2

考点

据考高分专家说，试题“（1）在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧.....”主要考查你对 [实验：验证动量守恒定律 ]考点的理解。

实验：验证动量守恒定律

实验目的：
研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒。
实验原理：
一个质量较大的小球从斜槽滚下来，跟放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的球发生碰撞后两小球都做平抛运动。由于两小球下落的高度相同，所以它们的飞行时间相等，这样如果用小球的飞行时间作时间单位，那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平速度。因此，只要分别测出两小球的质量m₁、m₂，和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离s₁，以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞出的水平距离s₁'和s₂'，若m₁s₁在实验误差允许范围内与m₁s₁'+m₂s₂'相等，就验证了两小球碰撞前后总动量守恒。
实验器材：
碰撞实验器（斜槽、重锤线），两个半径相等而质量不等的小球；白纸；复写纸；天平和砝码；刻度尺，游标卡尺（选用），圆规。
实验步骤：
1、用天平测出两个小球的质量m₁、m₂。
2、安装好实验装置，将斜槽固定在桌边，并使斜槽末端点的切线水平。
3、在水平地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸。
4、在白纸上记下重锤线所指的位置O，它表示入射球m₁碰前的位置。
5、先不放被碰小球，让入射球从斜槽上同一高度处由静止开始滚下，重复10次，用圆规作尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面，圆心就是入射球不碰时的落地点的平均位置P。
6、把被碰球放在小支柱上，调节装置使两小球相碰时处于同一水平高度，确保入射球运动到轨道出口端时恰好与靶球接触而发生正碰。
7、再让入射小球从同一高度处由静止开始滚下，使两球发生正碰，重复10次，仿步骤（5）求出入射小球的落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N。
8、过O、N作一直线，取OO'=2r（可用游标卡尺测出一个小球的直径，也可用刻度尺测出紧靠在一起的两小球球心间的距离），O'就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置。


9、用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度。
10、分别算出m₁·与m₁·+m₂·的值，看m₁·与m₁·+m₂·
9、用刻度尺量出线段OM、OP、O'N的长度。
10、分别算出m₁·与m₁·+m₂·的值，看m₁·与m₁·+m₂·
在实验误差允许的范围内是否相等。
注意事项：
1、应使入射小球的质量大于被碰小球的质量。
2、要调节好实验装置，使固定在桌边的斜槽末端点的切线水平，小支柱与槽口间距离使其等于小球直径，而且两球相碰时处在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直线上。
3、每次入射小球从槽上相同位置由静止滚下，可在斜槽上适当高度处固定一档板，使小球靠着挡板，然后释放小球。
4、白纸铺好后不能移动。