Question

為了只用一根彈簧和一把刻度尺測(cè)定某滑塊與水平桌面間的動(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的輕彈簧由壓縮量為x至恢復(fù)到原長(zhǎng)的過(guò)程中，彈力所做的功為．于是他設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)：
第一步：如圖將彈簧的一端固定在豎直墻上，使滑塊緊靠彈簧將其壓縮，松手后滑塊在水平面上滑行一段距離后停下；
第二步：將滑塊掛在豎直放置的彈簧下，彈簧伸長(zhǎng)后保持靜止?fàn)顟B(tài)．
回答下列問(wèn)題：
（1）對(duì)于松手后滑塊在水平桌面上滑動(dòng)過(guò)程中有關(guān)物理量的描述，正確的是______
①當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，滑塊的加速度達(dá)到最大值 ②當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，滑塊的速度達(dá)到最大值
③滑塊的加速度先增大，后減小，然后保持不變 ④滑塊的加速度先減小，后增大，然后保持不變
A．①③B．②④C．③D．④
（2）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；當(dāng)?shù)刂亓�加速度g為已知）______
（3）用測(cè)得的物理量表示滑塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ的計(jì)算式．（寫(xiě)出運(yùn)算過(guò)程）

Answer 1

【答案】分析：明確該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理即可正確解答本題，該題中，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）松手后滑塊在水平桌面上滑動(dòng)過(guò)程中，開(kāi)始的彈力大于摩擦力，滑塊做加速運(yùn)動(dòng)；由于彈力逐漸減小，所以加速度逐漸減小，直到彈力等于摩擦力時(shí)，加速度為0，速度達(dá)到最大值；故②錯(cuò)誤；之后彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)之前，滑塊做減速運(yùn)動(dòng)，加速度逐漸增大，直到滑塊離開(kāi)彈簧，開(kāi)始做勻減速運(yùn)動(dòng)，加速度不變．故③錯(cuò)誤，④正確；
由于摩擦力與彈簧的彈力之間沒(méi)有給出具體的關(guān)系，所以不能判斷出何時(shí)的加速度最大．故①錯(cuò)誤．故正確的選項(xiàng)是D．
（2）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)，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：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：   
聯(lián)立解得：； 

故答案為：（1）D
（2）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x
（3）滑塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ的計(jì)算式
點(diǎn)評(píng)：對(duì)于這樣的課本之外的實(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．