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精英家教网某同学用一根弹簧、一把刻度尺和一根细线测定滑块与水平面间的动摩擦因数.经查阅资料知:一根劲度系数为k的弹簧由伸长量为x恢复到原长的过程中,弹力做功为
12
kx2
.该同学设计图示实验,其步骤如下:
(1)将弹簧的一端固定在竖直墙上,用滑块紧靠弹簧将其压缩,放手后滑块在水平面上滑行一段距离停止;
(2)用细线将滑块挂在竖直弹簧下端,弹簧伸长后保持静止.该同学需要测量的物理量有
 
,滑块与水平面将的动摩擦因数为μ=
 
.
分析:竖直悬挂时,根据胡克定律求解劲度系数;水平弹出滑块时,根据功能关系列式;联立求解出表达式后再确定待测量.
解答:解:该过程中,物体运动克服摩擦力做功,消耗弹性势能,即弹簧弹力做的正功等于克服摩擦力做功,所以要求出弹簧弹力做功的大小,根据W=
1
2
kx2
,需要测量弹簧的形变量,即原长和压缩后的长度的差值;
需要测量弹簧的劲度系数,可以根据弹簧挂物体时处的平衡状态求出劲度系数;
在整个过程中根据功能关系有:
1
2
kx2=mgμS,所以要测量物体滑行的距离S,
竖直悬挂时,物体受重力和弹力,而来平衡,有:kx2=mg    ①
水平弹出滑块过程,根据功能关系,有:
1
2
k
x
2
1
-μmgL=0
        
联立解得:μ=
x
2
1
2x2s
;
故答案为:弹簧被压缩的长度x1,滑块滑行的距离s,弹簧悬挂滑块时伸长的长度x2,
x
2
1
2x2s
点评:本题关键明确实验原理,根据功能关系、平衡条件、胡克定律推导出动摩擦因素的表达式后再确定待测量.
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