题目内容
如图所示,一轻质细绳绕过定滑轮,一端连接一置于水平地面上的物块B,另一端连接劲度系数为k的轻质弹簧,弹簧下端悬挂着质量为m的物块A,物块A带有+q的电荷,整个装置处在竖直向下,场强为E=的匀强电场中。现让A从弹簧原长的位置静止释放,使A在竖直方向上做简谐运动,当A运动到最低点时,B刚要离开地面。不计滑轮的摩擦,弹簧在弹性限度内,m、g、k、q为已知量。求:
(1)物块A运动到最低点时的加速度a;
(2)物块B的质量M;
(3)在以后的运动过程中弹簧的最大弹性势能Ep。
(1)物块A运动到最低点时的加速度a;
(2)物块B的质量M;
(3)在以后的运动过程中弹簧的最大弹性势能Ep。
解:(1)设物块A刚释放时,加速度为a1,有Eq+mg=ma1 ①
由简谐运动的对称性可知,a= a1 ②
得:a=2g ③,方向竖直向上④
(2)在最低点,设弹力为F,有F-Eq-mg=ma ⑤
当B刚要离开地面时,有:F=Mg ⑥
联立③⑤⑥解得,M= 4m ⑦
(3)当A运动到平衡位置时,设弹簧的形变量为x0,有:mg+qE =kx0 ⑧
A从最高点到最低点,由功能关系得2mgx0+2qEx0= Ep ⑨
解得Ep=⑩
由简谐运动的对称性可知,a= a1 ②
得:a=2g ③,方向竖直向上④
(2)在最低点,设弹力为F,有F-Eq-mg=ma ⑤
当B刚要离开地面时,有:F=Mg ⑥
联立③⑤⑥解得,M= 4m ⑦
(3)当A运动到平衡位置时,设弹簧的形变量为x0,有:mg+qE =kx0 ⑧
A从最高点到最低点,由功能关系得2mgx0+2qEx0= Ep ⑨
解得Ep=⑩
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