题目内容

4.如图所示,固定的水平光滑长杆上套有质量为m的小圆环,圆环与竖直面内处于压缩状态的轻质弹簧一端连接,弹簧的另一端连接在天花板上,圆环从位置P开始在水平恒力F作用下由静止向右运动,通过位移L到达位置N时,弹簧的弹力大小与在P位置时弹力的大小相等,则圆环在由位置P向位置N运动的过程中(  )
A.圆环到达位置N时速度为零
B.圆环的动能先减小后增大
C.圆环和弹簧组成的系统机械能增加了FL
D.弹簧的弹簧势能先减小后增大

分析 圆环在由位置P向位置N运动的过程中,恒力和弹簧的弹力对圆环做功,根据动能定理求圆环到达位置N时的速度.根据外力对圆环做的总功分析动能的变化情况.利用功能原理分析系统机械能的增加量.由形变量的变化分析弹簧弹性势能的变化.

解答 解:A、圆环到达位置N时,弹簧的弹力大小与在P位置时弹力的大小相等,在两个位置弹簧的形变量相等,弹簧的弹性势能相等,则从P到N的过程中,弹簧的弹力对圆环做功为零,对圆环,由动能定理得 FL=$\frac{1}{2}m{v}_{N}^{2}$,可知圆环到达N点时速度不为零,故A错误.
B、圆环在P处时弹簧处于压缩状态,到N处时弹簧处于伸长状态,圆环从P到N的过程中,弹簧的弹力先做正功后做负功,恒力一直做正功,由动能定理知圆环开始阶段动能增加,故B错误.
C、对于圆环和弹簧组成的系统,根据功能原理知,系统的机械能增加量等于恒力F做的功,为FL,故C正确.
D、弹簧由压缩状态变为原长,再伸长,所以弹簧的弹簧势能先减小后增大,故D正确.
故选:CD

点评 对物理过程进行受力分析、运动分析和做功情况分析是解决问题的根本方法.要注意圆环的机械能不守恒,圆环与弹簧组成的系统机械能才守恒.

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