题目内容

如图所示,在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,A放在水平地面上,B、C两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连,C放在固定的足够长光滑斜面上。用手按住C,使细线恰好伸直但没有拉力,并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行。已知A、B的质量均为m,C的质量为M(),细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个系统处于静止状态。释放C后它沿斜面下滑,当A恰好要离开地面时,B获得最大速度(B未触及滑轮,弹簧始终处于弹性限度内,重力加速度大小为g)。求:

(1)释放物体C之前弹簧的压缩量;
(2)物体B的最大速度
(3)若C与斜面的动摩擦因数为,从释放物体C开始到物体A恰好要离开地面时,细线对物体C所做的功。
(1)    (2)  (3)

试题分析:(1) 释放物体C之前,细线恰好伸直,绳子拉力为零,弹簧处于压缩状态,设弹簧的压缩量为x,
对物体B受力分析,由平衡条件及胡克定律得:    
解得
(2)当A恰好要离开地面时,地面对物体A的支持力为零,弹簧处于伸长状态,设弹簧的伸长量为,对物体A受力分析,由平衡条件及胡克定律得:
因此物体B上升的高度和物体C沿斜面下滑的距离为
设斜面倾角为α,当物体B达最大速度时,以三个物体和弹簧作为研究对象,所受合外力为零,则有
A、B、C、弹簧组成的系统机械能守恒,因初始状态弹簧的压缩量与物体B达最大速度时弹簧的伸长量相等,所以在整个过程中弹性势能变化量为零,根据机械能守恒定律有
  
联立以上各式解得  
(3)设物体A恰好要离开地面时,物体A和物体C的速度为,以三个物体和弹簧作为研究对象,由(2)的分析知,在整个过程中弹性势能变化量为零,由功能关系得: 
以物体C为研究对象,根据动能定理有
 
解得  
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