Question

5．為了用一根輕彈簧和一把刻度尺測定某滑塊與水平桌面的動摩擦因數(shù)μ（設μ為定值），某同學經(jīng)查閱資料知：一勁度系數(shù)為k（設k足夠大）的輕彈簧由伸長量為x至恢復到原長過程中，彈力所做的功為$\frac{1}{2}$kx²，于是他設計了下述實驗：
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，彈簧伸長后保持靜止狀態(tài)．
回答下列問題：
（1）你認為該同學應該用刻度尺直接測量的物理量是（寫出名稱并用符號表示）：開始彈簧壓縮量x，從開始松手到停下物體總位移s，豎直懸掛滑塊靜止時的伸長量x₀．
（2）用測得的物理量表示滑塊與水平桌面間動摩擦因數(shù)的計算式：$\frac{{x}^{2}}{2{x}_{0}s}$．

Answer 1

分析 該題中，利用二力平衡求出彈簧的勁度系數(shù)k，利用了功能關系來求摩擦系數(shù)，即運動過程中克服摩擦力做功消耗彈簧的彈性勢能．

解答 解：（1）該過程中，物體運動克服摩擦力做功，消耗彈性勢能，
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，需要測量彈簧的形變量，即原長和壓縮后的長度的差值；
需要測量彈簧的勁度系數(shù)，可以根據(jù)彈簧掛物體時處的平衡狀態(tài)求出勁度系數(shù)；
在整個過程中根據(jù)功能關系有：$\frac{1}{2}$kx²=mgμS，所以要測量物體滑行的距離S，
②根據(jù)題意，彈簧彈力做功為：水平彈出滑塊過程，根據(jù)功能關系，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）開始彈簧壓縮量x，從開始松手到停下物體總位移s，豎直懸掛滑塊靜止時的伸長量x₀；（2）$\frac{{x}^{2}}{2{x}_{0}s}$．

點評 該實驗解答的突破口在于明確其實驗原理，本題中要依據(jù)所提供信息，根據(jù)所學物理規(guī)律，明確該實驗的實驗原理，對于考查學生綜合利用知識的能力起到很好的作用．