3.我国新安江水电站的最大坝高为105 m(如图2-4所示)。它是新中国第一座“自己设计、自制设备、自行施工”的大型水电站,被誉为“长江三峡的试验田”。我国葛洲坝水电站的最大坝高为47 m。有人说,前者水的重力势能比后者的大。请评价以上观点,并说明理由。

图2-4 新安江水电站的拦河拱坝
图2-4 新安江水电站的拦河拱坝
答案
不能这样简单得出结论。因为物体重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关,新安江水电站和葛洲坝水电站的水的质量(或体积)以及水位高低关系不明确,仅根据拦河坝的高度无法确定两者重力势能的大小关系。
射箭时手拉弓弦使弓的形变越大,箭就射得越远。可见,弹性势能的大小跟物体形变程度大小有关,物体的弹性形变越大,弹性势能就越大。请你利用身边的器材设计实验验证这一结论。
答案
实验器材:弹簧、小球、木块、刻度尺、水平桌面。
实验步骤:(1)将弹簧固定在水平桌面一端,小球放置于弹簧自由端,木块放在桌面弹簧前方的平整区域。(2)保持弹簧的材料、粗细等不变(使用同一弹簧),压缩弹簧至某一长度(如原长10 cm时压缩到5 cm,形变程度为5 cm),放手后让小球推动木块,用刻度尺测量木块移动的距离,记为s₁。(3)保持其他条件不变,压缩弹簧至另一长度(如原长10 cm时压缩到8 cm,形变程度为2 cm),重复上述操作,测量木块移动的距离,记为s₂。(4)多次重复实验,比较s₁与s₂的平均值。
实验结论:若s₁>s₂,则说明在弹簧材料等条件相同时,弹性形变程度越大,弹性势能越大。
说明:本实验运用控制变量法和转换法。(1)控制变量法:探究弹性势能与形变程度的关系时,需保持弹簧的材料、粗细等无关因素不变,仅改变形变程度。(2)转换法:弹性势能的大小无法直接测量,通过木块被小球推动的距离远近来间接反映(距离越远,说明弹簧的弹性势能越大)。实验中,同一弹簧的形变程度越大,释放后转化的动能越多,推动木块移动的距离越远,从而得出弹性势能与形变程度的关系。
实验步骤:(1)将弹簧固定在水平桌面一端,小球放置于弹簧自由端,木块放在桌面弹簧前方的平整区域。(2)保持弹簧的材料、粗细等不变(使用同一弹簧),压缩弹簧至某一长度(如原长10 cm时压缩到5 cm,形变程度为5 cm),放手后让小球推动木块,用刻度尺测量木块移动的距离,记为s₁。(3)保持其他条件不变,压缩弹簧至另一长度(如原长10 cm时压缩到8 cm,形变程度为2 cm),重复上述操作,测量木块移动的距离,记为s₂。(4)多次重复实验,比较s₁与s₂的平均值。
实验结论:若s₁>s₂,则说明在弹簧材料等条件相同时,弹性形变程度越大,弹性势能越大。
说明:本实验运用控制变量法和转换法。(1)控制变量法:探究弹性势能与形变程度的关系时,需保持弹簧的材料、粗细等无关因素不变,仅改变形变程度。(2)转换法:弹性势能的大小无法直接测量,通过木块被小球推动的距离远近来间接反映(距离越远,说明弹簧的弹性势能越大)。实验中,同一弹簧的形变程度越大,释放后转化的动能越多,推动木块移动的距离越远,从而得出弹性势能与形变程度的关系。
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