题目内容
【题目】一轻弹簧的一端固定在倾角为θ的固定光滑斜面的底部,另一端和质量为m的小物块a相连,如图所示.质量为 m的小物块b紧靠a静止在斜面上,此时弹簧的压缩量为x0 , 从t=0时开始,对b施加沿斜面向上的外力,使b始终做匀加速直线运动.经过一段时间后,物块a、b分离;再经过同样长的时间,b距其出发点的距离恰好也为x0 . 弹簧的形变始终在弹性限度内,重力加速度大小为g.求
(1)弹簧的劲度系数;
(2)物块b加速度的大小;
(3)在物块a、b分离前,外力大小随时间变化的关系式.
【答案】
(1)
解:对整体分析,根据平衡条件可知,沿斜面方向上重力的分力与弹簧弹力平衡,则有:
kx0=(m+ m)gsinθ
解得:k= (1)
答:弹簧的劲度系数为 ;
(2)
由题意可知,b经两段相等的时间位移为x0;
由匀变速直线运动相临相等时间内位移关系的规律可知:
= (2)
说明当形变量为x1=x0﹣ = 时二者分离;
对m分析,因分离时ab间没有弹力,则根据牛顿第二定律可知:
kx1﹣mgsinθ=ma (3)
联立(1)(2)(3)解得:
a=
答:物块b加速度的大小为 ;
(3)
设时间为t,则经时间t时,ab前进的位移x= at2=
则形变量变为:△x=x0﹣x
对整体分析可知,由牛顿第二定律有:
F+k△x﹣(m+ m)gsinθ=(m+ m)a
解得:F= mgsinθ+ 因分离时位移x=
由x= = at2解得:
t=
故应保证t< ,F表达式才能成立.
答:在物块a、b分离前,外力大小随时间变化的关系式F= mgsinθ+ (t< )
【解析】(1)对整体分析,根据平衡条件和胡克定律即可求得劲度系数;
(2)分析物体的运动过程,根据运动学规律可明确分离时的位移,从而确定对应的形变量;再根据牛顿第二定律即可求得加速度的大小;
(3)对整体进行分析,根据牛顿第二定律列式即可求得拉力随时间变化的表达式.
【题目】某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系,图中小车中可放置砝码,实验中,打点计时器的工作频率为50 Hz.
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近, , , 小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
(2)如图是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表中的相应位置.
纸带的测量结果
测量点 | x/cm | v/(m·s-1) |
O | 0.00 | 0.35 |
A | 1.51 | 0.40 |
B | 3.20 | 0.45 |
C | ||
D | 7.15 | 0.53 |
E | 9.41 | 0.60 |
(3)本实验,若用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的实验误差,应采取的两项措施是:
①;
②.