题目内容

18.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长.圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h,此为过程Ⅰ;若圆环在C处获得一竖直向上的速度v,则恰好能回到A处,此为过程Ⅱ.已知弹簧始终在弹性范围内,重力加速度为g,则圆环(  )
A.过程Ⅰ中,加速度一直减小
B.Ⅱ过程中,克服摩擦力做的功为$\frac{1}{2}$mv2
C.在C处,弹簧的弹性势能为$\frac{1}{4}$mv2-mgh
D.过程Ⅰ、过程Ⅱ中克服摩擦力做功相同

分析 根据圆环的运动情况分析下滑过程中,加速度的变化;对两个过程,分别运用动能定理列出等式,即可求解Ⅱ过程中克服摩擦力做的功.由功能关系可求得在C处,弹簧的弹性势能.

解答 解:A、圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,则经过B处的加速度为零,到达C处的速度为零,所以圆环先做加速运动,再做减速运动,所以加速度先减小,后增大,故A错误;
BCD、在过程Ⅰ、过程Ⅱ中,圆环经过同一位置所受的摩擦力大小相等,则知在两个过程中,克服摩擦力做功相同,设为Wf.
研究过程Ⅰ,运用动能定理列式得:
  mgh-Wf-W弹=0
研究过程Ⅱ,运用动能定理列式得:
-mgh′-Wf+W弹=0-$\frac{1}{2}$mv2.
联立解得:克服摩擦力做的功为:Wf=$\frac{1}{4}$mv2,W弹=mgh-$\frac{1}{4}$mv2,所以在C处,弹簧的弹性势能为 Ep=W弹=mgh-$\frac{1}{4}$mv2,故BC错误,D正确.
故选:D

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,应用动能定理时要注意选择研究的过程.

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