题目内容
1.求:(1)物体第一次接触弹簧时物体的速度的大小;
(2)若已知弹簧的最大压缩量为d=0.5m,求弹簧的最大弹性势能Ep.
(3)物体与弹簧第一次接触后反弹,物体从O点沿斜面上升的最大距离x.
(4)物体与弹簧接触多少次后,物体从O点沿斜面上升的最大距离小于$\frac{L}{250}$?
分析 (1)对PO运动过程应用动能定理即可求解;
(2)对O到弹簧最大压缩量的运动过程应用动能定理即可求解;
(3)对物块从O上滑的过程应用动能定理求解;
(4)根据动能定理求得物块上升高度和在O点速度的关系,及相邻两次到达O点速度的关系,然后根据运动过程求解.
解答 解:(1)物体在PO过程中受到竖直向下的重力、垂直斜面向上的弹力、和沿斜面向上的摩擦力,此过程应用动能定理得:
$mgLsinθ-μmgLcosθ=\frac{1}{2}m{v}^{2}-0$;
所以,物体第一次接触弹簧时物体的速度的大小为:
$v=\sqrt{2gL(sinθ-μcosθ)}=6m/s$;
(2)物体由O到将弹簧压缩至最短的过程中,只有重力、弹簧弹力做功,故由动能定理可得弹簧的最大弹性势能为:
${E}_{p}=\frac{1}{2}m{v}^{2}+mgdsinθ=21J$;
(3)物块第一次从O点到将弹簧压缩最短再到弹回至最高点过程中,应用动能定理得:
$-mgxsinθ-μmgxcosθ=0-\frac{1}{2}m{v}^{2}$
解得:$x=\frac{{v}^{2}}{2g(sinθ+μcosθ)}=1.8m$;
(4)当物体在O点速度为v′时,由(3)可知,根据动能定理,物体上升的最大距离为:
$x′=\frac{{v′}^{2}}{2g(sinθ+μcosθ)}=\frac{{v′}^{2}}{2g}$;
由动能定理可得物体再次到达O点的速度v″有:
$-2μmgx′cosθ=\frac{1}{2}mv{″}^{2}-\frac{1}{2}mv{′}^{2}$
解得:$v″=\sqrt{v{′}^{2}-4μgx′cosθ}=\frac{\sqrt{5}}{5}v′$;
故物体每经过一次O点,上升的最大距离为上一次的$\frac{1}{5}$;
所以,物体第一次返回时沿斜面上升的最大距离为:$x=1.8m=\frac{1}{5}L$
则第n次上升的最大距离为:${x}_{n}=\frac{1}{{5}^{n}}L$,
因为${x}_{n}<\frac{1}{250}L$,所以n≥4,即物体与弹簧接触4次后,物体从O点沿斜面上升的最大距离小于$\frac{L}{250}$;
答::(1)物体第一次接触弹簧时物体的速度的大小6m/s;
(2)若已知弹簧的最大压缩量为d=0.5m,弹簧的最大弹性势能Ep为21J;
(3)物体与弹簧第一次接触后反弹,物体从O点沿斜面上升的最大距离x为1.8m;
(4)物体与弹簧接触4次后,物体从O点沿斜面上升的最大距离小于$\frac{L}{250}$.
点评 经典力学问题一般先对物体进行受力分析,求得合外力及运动过程做功情况,然后根据牛顿定律、动能定理及几何关系求解.
| A. | 液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较密集,分子间引力大于斥力 | |
| B. | 一定量100℃的水变成100℃的水蒸气,其分子之间的势能增加 | |
| C. | 两个分子从无穷远处逐渐靠近,直到不能再靠近为止的过程中,分子力先变大后变小,再变大 | |
| D. | 相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 | |
| E. | 高空中的冰晶在空气中下落变成雨滴时,内能增加 |
| A. | 后视镜 | B. | 安全带 | C. | 车载空调 | D. | 车载音响 |
| A. | 平行纸面向上 | B. | 平行纸面向下 | C. | 垂直纸面向外 | D. | 垂直纸面向里 |
| A. | 速度变化的大小可能大于8 m/s | B. | 速度变化的大小为4 m/s | ||
| C. | 加速度的大小可能大于4 m/s2 | D. | 加速度的大小为2 m/s2 |