题目内容

如图所示，带有挡板的长木板置于光滑水平面上，轻弹簧放置在木板上，右端与挡板相连，左端位于木板上的B点．开始时木板静止，小铁块从木板上的A点以速度v0=4.0m/s正对着弹簧运动，压缩弹簧，弹簧的最大形变量xm=0.10m；之后小铁块被弹回，弹簧恢复原长；最终小铁块与木板以共同速度运动．已知当弹簧的形变量为x时，弹簧的弹性势能EP=
12
kx2，式中k为弹簧的劲度系数；长木板质量M=3.0kg，小铁块质量m=1.0kg，k=600N/m，A、B两点间的距离d=0.50m．取重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力．
（1）求当弹簧被压缩最短时小铁块速度的大小v；
（2）求小铁块与长木板间的动摩擦因数μ；
（3）试通过计算说明最终小铁块停在木板上的位置．
分析：（1）当弹簧被压缩最短时，小铁块与木板达到共同速度v，根据动量守恒定律即可求出弹簧被压缩最短时小铁块速度的大小v；
（2）铁块在木板上从A滑到B的过程中，系统减速的动能转化为弹簧的势能和系统的内能．根据功能关系即可求出铁块与长木板间的动摩擦因数；
（3）铁块被弹簧弹开后到相对木板静止的过程中，动量守恒，同时系统减少的机械能转化为内能，根据以上两个关系，列出公式即可求解．
解答：解：（1）当弹簧被压缩最短时，小铁块与木板达到共同速度v，根据动量守恒定律mv0=（M+m）v
代入数据，解得：v=1.0m/s
（2）由功能关系，摩擦产生的热量等于系统损失的机械能μmg(d+xm)=
1
2
m
v
2
0
-[
1
2
(M+m)v2+
1
2
k
x
2
m
]
代入数据，解得：μ=0.50
（3）小铁块停止滑动时，与木板有共同速度，由动量守恒定律判定，
其共同速度仍为v=1.0m/s
设小铁块在木板上向左滑行的距离为s，由功能关系μmg(d+xm+s)=
1
2
m
v
2
0
-
1
2
(M+m)v2
代入数据，解得：s=0.60m
而s=d+xm，所以，最终小铁块停在木板上A点．   
答：（1）当弹簧被压缩最短时小铁块速度的大小v=1.0m/s；
（2）小铁块与长木板间的动摩擦因数μ=0.50；
（3）最终小铁块停在木板上的A位置．
点评：该题中，铁块在木板上滑动的过程中，系统的机械能有一部分将转化为内能，这是解题的关键．
练习册系列答案
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（1）斜面与水平面的夹角．（也可用反三角函数表示）
（2）若在斜面下端与地面交接处，设一个垂直斜面的弹性挡板，塑料块与它相碰没有机械能损失，斜面与塑料间的滑动摩擦系数为μ=0.25，则滑块从接收到弹丸至停止运动共通过多少路程？
（2010?天津模拟）（1）某同学做“双缝干涉测光的波长”实验时，相邻两条亮纹间的距离用带有螺旋测微器的测量头测出，如图所示．测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时螺旋测微器的示数为
4.946
4.946
mm．
（2）气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．我们可以用带竖直挡板C和D的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：
a．用天平分别测出滑块A、B的质量mA、mB
b．调整气垫导轨，使导轨处于水平
C．在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上
d．用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1，
e．按下电钮放开卡销，同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作．当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时停止计时，记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2
①实验中还应测量的物理量是
B的右端至D板的距离L2
B的右端至D板的距离L2
．
②利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是
mA
L1
t1
-mB
L2
t2
=0
mA
L1
t1
-mB
L2
t2
=0
．
③利用上述实验数据还可以求出被压缩弹簧的弹性势能的大小，请写出弹性势能表达式为
EP=
1
2
mA（
L1
t1
）2+
1
2
mB（
L2
t2
）2，
EP=
1
2
mA（
L1
t1
）2+
1
2
mB（
L2
t2
）2，

（3）实验桌上有下列实验仪器：
A．待测电源（电动势约3V，内阻约7Ω）：
B．直流电流表（量程0～0.6～3A，0.6A档的内阻约0.5Ω，3A档的内阻约0.1Ω：）
C．直流电压表（量程0～3～15V，3V档内阻约5kΩ，15V档内阻约25kΩ）：
D．滑动变阻器（阻值范围为0～15Ω，允许最大电流为1A）：
E．滑动变阻器（阻值范围为0～1000Ω，允许最大电流为0.2A）：
F．开关、导线若干：
请解答下列问题：
①利用给出的器材测量电源的电动势和内阻，要求测量有尽可能高的精度且便于调节，应选择的滑动变阻器是
D
D
（填代号），应选择的电流表量程是
0～0.6A
0～0.6A
（填量程），应选择的电压表量程是
0～3V
0～3V
（填量程）．
②根据某同学测得的数据得知电动势E=3V，内阻r=6Ω，某小灯泡的伏安特性曲线如图所示，将此小灯泡与上述电源组成闭合回路，此时小灯泡的实际功率为
0.375W
0.375W
W．（保留3位有效数字）

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    （1）求当弹簧被压缩最短时小铁块速度的大小v；

    （2）求小铁块与长木板间的动摩擦因数μ；

    （3）试通过计算说明最终小铁块停在木板上的位置。
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