Question

【題目】如圖所示，質(zhì)量均為m的物體B、C分別與輕質(zhì)彈簧的兩端相栓接，將它們放在傾角為的光滑斜面上，靜止時(shí)彈簧的形變量為．斜面底端有固定擋板D，物體C靠在擋板D上．將質(zhì)量也為m的物體A從斜面上的某點(diǎn)由靜止釋放，A與B相碰．已知重力加速度為，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，不計(jì)空氣阻力．求：

（1）彈簧的勁度系數(shù)；

（2）若A與B相碰后粘連在一起開始做簡諧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)A與B第一次運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，C對擋板D的壓力恰好為零，求C對擋板D壓力的最大值．

（3）若將A從另一位置由靜止釋放，A與B相碰后不粘連，但仍立即一起運(yùn)動(dòng)，且當(dāng)B第一次運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，C對擋板D的壓力也恰好為零．已知A與B相碰后彈簧第一次恢復(fù)原長時(shí)B的速度大小為，求相碰后A第一次運(yùn)動(dòng)達(dá)到的最高點(diǎn)與開始靜止釋放點(diǎn)之間的距離．

Answer 1

【答案】（1）,（2）3mg,（3）.

【解析】試題分析：（1）對B進(jìn)行受力分析，由平衡條件求出彈簧的勁度系數(shù)．（2）根據(jù)簡諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)求出回復(fù)力，然后應(yīng)用平衡條件、牛頓第三定律求出C對D的最大壓力．（3）對A應(yīng)用機(jī)械能守恒定律求出A、B碰撞前A的速度，由動(dòng)量守恒定律求出碰撞后A、B的速度，對A與B組成的系統(tǒng)、B與C組成的系統(tǒng)、對A、對B應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，分析答題．

（1）物體B靜止時(shí)，彈簧形變量為x0，彈簧的彈力，物體B受力如圖所示

由平衡條件得：

解得：彈簧的勁度系數(shù)

（2）A與B碰后一起做簡諧運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，物體C對擋板D的壓力最小為0

則對C，彈簧彈力：

對A、B，回復(fù)力最大：

由簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性，可知A與B碰后一起做簡諧運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，回復(fù)力也最大

即，此時(shí)物體C對擋板D的壓力最大

對物體A、B有：

則彈簧彈力：

對物體C，設(shè)擋板D對物體C的彈力為N

則：

由牛頓第三定律可知，物體C對擋板D的壓力大�。�

物體C對擋板D壓力的最大值為

（3）設(shè)物體A釋放時(shí)A與B之間距離為x，A與B相碰前物體A速度的大小為

對物體A，從開始下滑到A、B相碰前的過程，由機(jī)械能守恒定律得：

解得： ①

設(shè)A與B相碰后兩物體共同速度的大小為，A與B發(fā)生碰撞的過程動(dòng)量守恒

以碰前A的速度方向?yàn)檎�方向，由�?dòng)量守恒定律得：

解得： ②

物體B靜止時(shí)彈簧的形變量為，設(shè)彈性勢能為，從A、B開始壓縮彈簧到彈簧第一次恢復(fù)原長的過程

由機(jī)械能守恒定律得： ③

當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長時(shí)A、B恰好分離，設(shè)分離后物體A還能沿斜面上升的距離為

對物體A，從與B分離到最高點(diǎn)的過程，機(jī)械能守恒，由機(jī)械能守恒定律得：

解得：

對物體B、C和彈簧所組成的系統(tǒng)，物體B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)速度為0

物體C恰好離開擋板D，此時(shí)彈簧的伸長量也為，彈簧的彈性勢能也為

從A、B分離到B運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程，由機(jī)械能守恒定律得：

解得： ④

由①②③④解得：

由幾何關(guān)系可得，物體A第一次運(yùn)動(dòng)達(dá)到的最高點(diǎn)與開始靜止釋放點(diǎn)之間的距離：