题目内容

10.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(B为杆AC中某一点),到达C处的速度为零,AC=h.如果圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A.弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g.则圆环(  )
A.下滑过程中,加速度一直减小
B.下滑过程中,克服摩擦力做的功为$\frac{1}{4}$mv2
C.从A下滑到C过程中弹簧的弹性势能增加量等于mgh
D.在C处,弹簧的弹性势能为$\frac{1}{4}$mv2-mgh

分析 根据圆环的运动情况分析下滑过程中,加速度的变化;研究圆环从A处由静止开始下滑到C和在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A两个过程,运用动能定理列出等式求解.

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,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,经过B处的速度最大,所以经过B处的加速度为零,所以加速度先减小,后增大,故A错误;
B、研究圆环从A处由静止开始下滑到C过程,运用动能定理列出等式
mgh-Wf-W=0-0=0
在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A,运用动能定理列出等式
-mgh+W-Wf=0-$\frac{1}{2}$mv2
解得:Wf=-$\frac{1}{4}$mv2,则克服摩擦力做的功为$\frac{1}{4}$mv2,故B正确;
C、由B中的公式得:W=$\frac{1}{4}$mv2-mgh,所以在C处,弹簧的弹性势能为mgh-$\frac{1}{4}$mv2,则从A下滑到C过程中弹簧的弹性势能增加量等于mgh-$\frac{1}{4}$mv2,故CD错误.
故选:B

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,掌握动能定理的应用.

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