题目内容
【题目】如图所示,质量M=2kg(含挡板)的长木板静止在足够大的光滑水平面上,其右端挡板固定一劲度系数k=225N/m的水平轻质弹簧,弹簧自然伸长时,其左端到木板左端的距离L=1.6m,小物块(视为质点)以大小v0=10m/s的初速度从木板的左端向右滑上长木板,已知物块的质量m=0.5kg,弹簧的弹性势能Ep=kx2(其中x为弹簧长度的形变量),弹簧始终在弹性限度内,取g=10m/s2。
(1)若木板上表面光滑,求弹簧被物块压缩后的最大弹性势能Epm;
(2)若木板上表面粗糙,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,请判断物块是否会压缩弹簧,若物块不会压缩弹簧,求最终物块到木板左端的距离s;若物块会压缩弹簧,求弹簧的最大形变量xm。
【答案】(1)20J;(2)压缩弹簧,最大形变量为0.4m
【解析】
(1)经分析可知,弹簧的弹性势能最大时,物块和木板具有共同速度,设为v,有:
解得:
v=2m/s
根据能量守恒定律有:
解得:
(2)假设物块不会压缩弹簧,且物块在木板上通过的距离为s1,有:
解得:
由于s1>L,故物块会压缩弹簧,由能量守恒定律有
解得:
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