Question

5．為了用一根輕彈簧和一把刻度尺測(cè)定某滑塊與水平桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ（設(shè)μ為定值），某同學(xué)經(jīng)查閱資料知：一勁度系數(shù)為k（設(shè)k足夠大）的輕彈簧由伸長(zhǎng)量為x至恢復(fù)到原長(zhǎng)過(guò)程中，彈力所做的功為$\frac{1}{2}$kx²，于是他設(shè)計(jì)了下述實(shí)驗(yàn)：
第一步：如圖所示，將彈簧的一端固定在豎直墻上，使滑塊緊靠彈簧將其壓縮，松手后，滑塊在水平桌面上滑行一段距離后停止，且與彈簧分離；
第二步：將滑塊掛在豎直固定彈簧下，彈簧伸長(zhǎng)后保持靜止?fàn)顟B(tài)．
回答下列問(wèn)題：
（1）你認(rèn)為該同學(xué)應(yīng)該用刻度尺直接測(cè)量的物理量是（寫(xiě)出名稱(chēng)并用符號(hào)表示）：開(kāi)始彈簧壓縮量x，從開(kāi)始松手到停下物體總位移s，豎直懸掛滑塊靜止時(shí)的伸長(zhǎng)量x₀．
（2）用測(cè)得的物理量表示滑塊與水平桌面間動(dòng)摩擦因數(shù)的計(jì)算式：$\frac{{x}^{2}}{2{x}_{0}s}$．

Answer 1

分析 該題中，利用二力平衡求出彈簧的勁度系數(shù)k，利用了功能關(guān)系來(lái)求摩擦系數(shù)，即運(yùn)動(dòng)過(guò)程中克服摩擦力做功消耗彈簧的彈性勢(shì)能．

解答 解：（1）該過(guò)程中，物體運(yùn)動(dòng)克服摩擦力做功，消耗彈性勢(shì)能，
即彈簧彈力做的正功等于克服摩擦力做功，所以要求出彈簧彈力做功的大小，
根據(jù)W=$\frac{1}{2}$kx²，需要測(cè)量彈簧的形變量，即原長(zhǎng)和壓縮后的長(zhǎng)度的差值；
需要測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)，可以根據(jù)彈簧掛物體時(shí)處的平衡狀態(tài)求出勁度系數(shù)；
在整個(gè)過(guò)程中根據(jù)功能關(guān)系有：$\frac{1}{2}$kx²=mgμS，所以要測(cè)量物體滑行的距離S，
②根據(jù)題意，彈簧彈力做功為：水平彈出滑塊過(guò)程，根據(jù)功能關(guān)系，有：$\frac{1}{2}$kx²-μmgs=0；   
聯(lián)立解得：μ=$\frac{{x}^{2}}{2{x}_{0}s}$； 
故答案為：（1）開(kāi)始彈簧壓縮量x，從開(kāi)始松手到停下物體總位移s，豎直懸掛滑塊靜止時(shí)的伸長(zhǎng)量x₀；（2）$\frac{{x}^{2}}{2{x}_{0}s}$．

點(diǎn)評(píng) 該實(shí)驗(yàn)解答的突破口在于明確其實(shí)驗(yàn)原理，本題中要依據(jù)所提供信息，根據(jù)所學(xué)物理規(guī)律，明確該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)于考查學(xué)生綜合利用知識(shí)的能力起到很好的作用．