题目内容

14.如图,固定的粗糙竖直长杆上套有质量为m的小圆环,轻质弹簧一端固定,另一端与小圆环相连,弹簧水平且处于原长.现让小圆环从A处由静止释放,到达B处速度为零.若小圆环在A处获得竖直向上的速度v,刚好能到达C处.弹簧始终在弹性限度内,弹簧原长为L,AB=BC=$\sqrt{3}$L,重力加速度为g.则小圆环(  )
A.从A到B上滑过程中,加速度先增大后减小
B.从A到C上滑过程中,速度先增大后减小
C.在A处,弹簧的弹性势能为$\frac{1}{4}$mv2
D.从A到C上滑过程中,克服摩擦力做功为$\frac{1}{2}$mv2-2$\sqrt{3}$mgL

分析 根据圆环的运动情况分析下滑过程中,加速度的变化;对A到B和A到C的过程,分别运用能量守恒定律列式,可求出在A处弹簧的弹性势能,并求得从A到C上滑过程中克服摩擦力做功.

解答 解:A、从A到B上滑过程中,弹簧的弹力沿杆向上的分力先大于重力和摩擦力的合力,随着圆环上升,弹力沿杆向上的分力减小,圆环的合力减小,加速度减小.后来,弹力沿杆向上的分力小于重力和摩擦力的合力,合力向下,加速度向下,且合力增大,所以加速度先减小后增大.故A错误.
B、从A到C上滑过程中,圆环的合力先向上后向下,速度先增大后减小,故B正确.
C、设在A处弹簧的弹性势能为EP.从A到C上滑过程中,克服摩擦力做为Wf.据能量守恒定律得:
A到B的过程,有:EP=$\frac{1}{2}$Wf+mg•$\sqrt{3}$L
A到C的过程,有:$\frac{1}{2}$mv2=Wf+2mg•$\sqrt{3}$L
联立解得 EP=$\frac{1}{4}$mv2,Wf=$\frac{1}{2}$mv2-2$\sqrt{3}$mgL.故CD正确.
故选:BCD

点评 能正确分析小球的受力情况和运动情况,对物理过程进行受力、运动、做功分析,是解决问题的根本方法,掌握能量守恒定律的应用.

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