Question

7．如圖所示，固定的豎直光滑長(zhǎng)桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接，彈簧的另一端連接在墻上，并且處于原長(zhǎng)狀態(tài)．現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開(kāi)始下滑，已知彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)，圓環(huán)下滑下滑到最大距離時(shí)彈簧的長(zhǎng)度變?yōu)?L （未起過(guò)彈性限度），則以下說(shuō)法正確的是（　�。�

• A． 彈簧的勁度系數(shù)為$\frac{2\sqrt{3}mg}{3L}$
• B． 從開(kāi)始下滑到最大距離的過(guò)程中，圓環(huán)的加速度先變小后增大
• C． 圓環(huán)下滑的過(guò)程中圓環(huán)的機(jī)械能守恒
• D． 下滑到最大距離時(shí)彈簧彈性勢(shì)能為$\sqrt{3}$mgL

Answer 1

分析 分析圓環(huán)沿桿下滑的過(guò)程的受力和做功情況，只有重力和彈簧的拉力做功，圓環(huán)的機(jī)械能不守恒，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒；根據(jù)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒求彈簧的勁度系數(shù)．對(duì)圓環(huán)的受力情況進(jìn)行分析，由牛頓第二定律分析其加速度的變化情況．由系統(tǒng)的機(jī)械能守恒求下滑到最大距離時(shí)彈簧彈性勢(shì)能．

解答 解：AD、圓環(huán)沿桿滑下的過(guò)程中，圓環(huán)下降的高度為 h=$\sqrt{（2L）^{2}-{L}^{2}}$=$\sqrt{3}$L．對(duì)于彈簧和圓環(huán)組成的系統(tǒng)，只有彈簧的拉力和重力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則知：mgh=E_p，則得下滑到最大距離時(shí)彈簧彈性勢(shì)能為 E_p=$\sqrt{3}$mgL．下滑到最大距離時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為 x=2L-L=L，由E_p=$\frac{1}{2}k{x}^{2}$得：彈簧的勁度系數(shù) k=$\frac{\sqrt{3}mg}{2L}$．故A錯(cuò)誤，D正確．
B、圓環(huán)由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)最大距離處的速度為零，所以圓環(huán)先做加速運(yùn)動(dòng)，再做減速運(yùn)動(dòng)，速度最大時(shí)加速度為零，所以加速度先減小，后增大，故B正確．
C、由于彈簧對(duì)圓環(huán)做功，則圓環(huán)下滑的過(guò)程中圓環(huán)的機(jī)械能不守恒，故C錯(cuò)誤．
故選：BD

點(diǎn)評(píng) 對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行受力、運(yùn)動(dòng)、做功分析，這是解決力學(xué)問(wèn)題的根本方法．要注意圓環(huán)的機(jī)械能不守恒，圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能才守恒．