题目内容

如图所示,在倾角为θ = 30o 的光滑斜面的底端有一个固定挡板D,小物体C靠在挡板D上,小物体BC用轻质弹簧拴接。当弹簧处于自然长度时,BO点;当B静止时,BM点,OM = l。在P点还有一小物体A,使A从静止开始下滑,AB相碰后一起压缩弹簧。A第一次脱离B后最高能上升到N点,ON = 1.5 lB运动还会拉伸弹簧,使C物体刚好能脱离挡板DABC的质量都是m,重力加速度为g。求

(1)弹簧的劲度系数;

(2)弹簧第一次恢复到原长时B速度的大小;

(3)MP之间的距离。

(1)k=

(2)

(3)x=9l


解析:

(1)B静止时,弹簧形变量为l,弹簧产生弹力F=kl

B物体受力如图所示,根据物体平衡条件得

kl =mgsinθ                                 (1分)

得弹簧的劲度系数k=                                   (1分)

(2)当弹簧第一次恢复原长时AB恰好分离,设此时AB速度的大小为v3.(1分)

A物体,从AB分离到A速度变为0的过程,根据机械能守恒定律得  

                                                           (1分)

此过程中A物体上升的高度   

得                                                 (1分)

(3)设AB相碰前速度的大小为v1AB相碰后速度的大小为v2MP之间距离为x.对A物体,从开始下滑到AB相碰的过程,根据机械能守恒定律得          

                                                 (1分)

AB发生碰撞,根据动量守恒定律得   m v1=(m+mv2       (1分)

B静止时弹簧的弹性势能为EP,从AB开始压缩弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程,根据机械能守恒定律得

           (1分)

B物体的速度变为0时,C物体恰好离开挡板D,此时弹簧的伸长量也为l,弹簧的弹性势能也为EP.对B物体和弹簧,从AB分离到B速度变为0的过程,根据机械能守恒定律得

                 (1分)

解得      x=9l                                  (1分)

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