题目内容

(10分)如图9所示,在倾角为θ的光滑斜面上端系有一劲度系数为k的弹簧,弹簧下端连一个质量为m的小球,球被一垂直斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变,若A以加速度a(a<gsinθ)沿斜面向下匀加速运动,求:

(1)从挡板开始运动到球板分离所经历的时间t;

(2)从挡板开始运动到小球速度最大时,球的位移s.

 

【答案】

(1)(2) s=

【解析】(1)设球与挡板分离时位移为s0,经历的时间为t,从开始运动到分离过程中,小球受竖直向下的重力、垂直斜面向上的支持力FN、沿斜面向上的挡板支持力FN1和弹簧弹力F,据牛顿第二定律有方程:

mgsinθ-F-FN1=ma,--------------------------(2分)

F=kx               --------------------------(2分)

随着x的增大,F增大,FN1减小,保持a不变,当小球与挡板分离时,x增大到等于s0,FN1减小到零,则有:

x=½at2,--           ------------------------(2分)

mgsinθ-ks0=ma    --------------------------(2分)

联立解得:t=----------------(2分)

 (2)分离后小球继续做加速度减小的加速运动,v最大时,小球受合力为零,即

ks=mgsinθ      ---------------------   -----(1分)

位移是s=    --------------------------(1分)

本题考查牛顿第二定律的应用,以物体为研究对象分析受力情况,写出牛顿第二定律写出关系式,当小球与挡板分离时,x增大到等于s0,FN1减小到零,由牛顿第二定律列式,再由运动学公式联立可求解,当小球合力为零时小球速度最大,此时有ks=mgsinθ,由此可求得位移大小

 

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