题目内容

弹簧在不受作用力时所具有的长度称为自然长度,记为l0,弹簧受到拉力作用后会伸长,受到压力作用后会缩短,如果受力作用时的长度称为实际长度,记为l,而l和l0之差的绝对值称为形变量,记为x,x=|l-l0|。有一弹簧振子如图所示,放在光滑的水平面上,弹簧处于自然长度时M静止在O位置,一质量为m=0.02 kg的子弹,以一定的初速度v0入质量为M=1.98 kg的物块中,并留在其中一起压缩弹簧。振子在振动的整个过程中,弹簧的弹性势能随弹簧的形变量变化的关系如图所示。现将该弹簧振子置于粗糙的水平面上,子弹以相同速度v0射入M后第一次从O点运动到离O点左侧20 cm处的A点时,振子速度恰为它在光滑面上运动到该点时速度的倍,则振子第一次从O点运动到A点的过程中,M克服地面摩擦力做了多少功?

解:由图线可知系统最大弹性势能Epm=16J   系统在A点的弹性势能为EpA=4J 

设在光滑面上,振子从O点开始运动到离O点左侧20 cm的A点时速度为v  由子弹、M和弹簧组成的系统机械能守恒得:Epm=(m+M)v2+EpA    由以—上各式代人数据解得:v=m/s

设在粗糙面上,振子第一次从O到A克服地面摩擦力做的功为W,在A点时速度为v′:

v′==3 m/s    W=Epm-(m+M)v′2-EpA   

代入数据解得:W=3J


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