题目内容

如图所示,质量为2kg的物体与弹簧相连,弹簧的另一端固定在水平面上,物体原来处于静止状态.现用竖直向上的拉力F作用在物体上,使物体开始向上做匀加速直线运动,经0.4s弹簧刚好恢复到原长,此时物体的速度大小为2m/s,设整个过程弹簧始终在弹性限度内,取g=10m/s2.则(  )
分析:根据动能定理判断在0~0.4s内拉力对物体做功的大小,在0~0.4s内,因为物体做匀加速直线运动,知弹簧恢复原长时拉力最大,此时的速度最大,则功率最大,根据P=Fv求出0~0.4s内拉力的最大功率.
解答:解:A、小球从静止开始向上做匀加速直线运动,经0.4s 弹簧刚好恢复到原长,此时小球的速度为2m/s;
根据平均速度公式,位移:x=
.
v
t
=0.4m;
加速度:a=
v
t
=5m/s2,
刚开始弹簧静止,故mg=kx,解得:k=
mg
x
=50N/m
根据动能定理得:WF-mgh+W弹=
1
2
m
v2=4J,
W弹=
1
2
k(△x)2=
1
2
×50×0.16J=4J

mgh=2×10×0.4J=8J
所以WF=8J,拉力做功不等于弹簧弹力做功,
故AD错误;
B、对小球受力分析,受重力、拉力和弹力,根据牛顿第二定律,有:F-mg+k(x-
1
2
at2
)=ma;
解得:F=10+125t2 (t≤0.4s)
在0~0.4s内,当弹簧恢复原状时,拉力最大,当F=0.4s时,F=30N,则最大功率P=Fv=60W.故B正确.
C、因为F=10+125t2 (t≤0.4s),所以当t=0.2s时刻拉力大小为15N,故C正确.
故选BC.
点评:本题综合考查了动能定理、功能关系、牛顿第二定律,综合性较强,对学生能力的要求较高,是一道难题.
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