题目内容

11.如图甲所示,轻弹簧竖直固定在水平面上处于自由状态,一质量为m=0.2kg的小球,从弹簧上端某高度处自由下落,从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中(弹簧在弹性限度内),其速度u和弹簧压缩量△x之间的函数图象如图乙所示,其中A为曲线的最高点,小球和弹簧接触瞬间机械能损失不计,取g=10m/s2,则(  )
A.当△x=0.1m时,小球处于失重状态
B.小球在最低点时的加速度大于10m/s2
C.从接触弹簧到压缩至最短的过程中,小球的机械能守恒
D.小球从速度最大到压缩至最短,弹簧弹性势能增加量为3.621J

分析 根据图象可知,当△x为0.1m时,小球的速度最大,加速度为零,此时重力等于弹簧对它的弹力,根据弹簧弹力的大小判断出最低点时弹力与重力的关系,求得加速度的大小,小球和弹簧组成的系统只有重力和弹力做功,系统的机械能守恒,根据能量守恒判断出弹簧弹性势能的增加量.

解答 解:A、由小球的速度图象知,开始小球的速度增大,小球的重力大于弹簧对它的弹力,当△x为0.1m时,小球的速度最大,然后速度减小,说明重力小于弹力,当△x=0.1m时,小球的重力等于弹簧对它的弹力,合力为零,小球的加速度为零,小球处于平衡状态,故A错误;
B、当△x=0.1m时,小球的重力等于弹簧对它的弹力,合力为零,根据对称性可知在压缩0.1m时,弹簧的弹力将增大mg,由于最终的压缩量大于0.2m,故弹簧的弹力大于2mg,故加速度小球在最低点时的加速度大于10m/s2,故B正确;
C、从接触弹簧到压缩至最短的过程中,弹簧的弹力对小球做负功,故小球的机械能不守恒,故C错误;
D、小球从速度最大到压缩至最短,弹簧弹性势能增加量为$△{E}_{p}=\frac{1}{2}m{v}^{2}+mgh=\frac{1}{2}×0.2×5.{1}^{2}$+0.2×10×0.512J=3.621J,故D正确
故选:BD

点评 解答本题要求同学们能正确分析小球的运动情况,知道平衡状态的条件是重力等于弹力.要掌握功能原理来分析物体机械能的变化情况.

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