题目内容
有一个竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度为k的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为m的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料--ER流体,它对滑块的阻力可调.起初,滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L.现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动.为保证滑块做匀减速运动,且下移距离为(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能;
(2)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.
(3)已知弹簧的弹性势能的表达式为
【答案】分析:(1)根据机械能守恒定律求出物体下落与薄滑块碰撞前的速度,根据动量守恒定律求出碰后的速度,从而求出碰撞过程中系统损失的机械能.
(2)对系统受力分析,根据匀变速直线运动的速度位移公式求出加速度的大小,结合牛顿第二定律和胡克定律求出滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.
(3)分别求出重力势能和弹性势能的变化量,根据能量守恒定律求出ER流体对滑块的阻力所做的功.
解答:解:(1)设物体下落末速度为v,由机械能守恒定律
…①
得:
设碰后共同速度为v1,由动量守恒定律 2mv1=mv…②
得:
碰撞过程中系统损失的机械能
(2)设加速度大小为a,有
…③
得:
设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER受力分析如图所示

FN+FER-2mg=2ma…④
FN=mg+kd…⑤
联立③④⑤三式解得:
(3)从碰撞结束瞬间到最低点的过程中,
重力做功为:
…⑥
弹性势能的变化为:
…⑦
所以重力做功恰等于弹性势能的增加,所以ER流体做功等于动能变化
答:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为
.
(2)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小
.
(3)ER流体对滑块的阻力所做的功为
.
点评:本题综合考查了动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、牛顿第二定律等知识,综合性较强,对学生的能力要求较高,需加强这方面的训练.
(2)对系统受力分析,根据匀变速直线运动的速度位移公式求出加速度的大小,结合牛顿第二定律和胡克定律求出滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小.
(3)分别求出重力势能和弹性势能的变化量,根据能量守恒定律求出ER流体对滑块的阻力所做的功.
解答:解:(1)设物体下落末速度为v,由机械能守恒定律
得:
设碰后共同速度为v1,由动量守恒定律 2mv1=mv…②
得:
碰撞过程中系统损失的机械能
(2)设加速度大小为a,有
得:
设弹簧弹力为FN,ER流体对滑块的阻力为FER受力分析如图所示
FN+FER-2mg=2ma…④
FN=mg+kd…⑤
联立③④⑤三式解得:
(3)从碰撞结束瞬间到最低点的过程中,
重力做功为:
弹性势能的变化为:
所以重力做功恰等于弹性势能的增加,所以ER流体做功等于动能变化
答:(1)下落物体与滑块碰撞过程中系统损失的机械能为
(2)滑块下移距离d时ER流体对滑块阻力的大小
(3)ER流体对滑块的阻力所做的功为
点评:本题综合考查了动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、牛顿第二定律等知识,综合性较强,对学生的能力要求较高,需加强这方面的训练.
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