题目内容

【题目】如图所示,一个轻弹簧与一个质量为m=0.5 kg的小球所构成的弹簧振子放在光滑金属杆上,已知该弹簧的劲度系数k=200 N/m,O点是弹簧振子静止时的位置,今将振子向右拉10 cm到A点,此时外力对弹簧振子做功为1 J,然后由静止释放,则它在AB之间运动,不计其他阻力,求:

(1)振子在哪点的速度最大?最大速度为多少?
(2)振子在A点的位移.
(3)振子在B点的加速度.

【答案】
(1)

由于弹簧振子在运动过程中满足机械能守恒,故在平衡位置O点的速度最大,由题意知:外力做的功转化为系统的弹性势能,该势能又全部转化成振子的动能,即

解得:


(2)

振子在A点的位移大小为 ,方向由O指向A


(3)

由于振动的振幅为 ,故在B点的位移大小是 ,即弹簧压缩 ,此时回复力的大小 ,即振子所受到的合外力大小为 ,由牛顿第二定律得: ,方向由B指向O


【解析】通过弹簧的伸长,由胡克定律来计算出物体刚开始运动的摩擦力大小,与物体正在运动的摩擦力大小.滑动摩擦力等于动摩擦力因数与正压力的乘积。
【考点精析】解答此题的关键在于理解简谐运动的相关知识,掌握谐运动是一种变加速运动,在平衡位置时,速度最大,加速度为零;在最大位移处,速度为零,加速度最大.

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