题目内容

8.质量均为m的小球B和C之间用一轻弹簧连接,现将两球及弹簧竖直放置,C球与地面接触,B球用细线通过光滑的轻质定滑轮与质量为4m的A球相连,如图所示.用手控制住A球,使细线刚好无张力,且与A球连接的细线与光滑固定的斜面平行,三球均静止.释放A球,当C球刚好对地面无压力时,A球下滑达到最大速度.则以下说法正确的是(  )
A.斜面倾角α=60°
B.斜面倾角α=30°
C.C球刚离开地面时,三个小球的加速度相同
D.从释放A到C刚离开地面的过程中,A、B两小球组成的系统机械能守恒

分析 C刚离开地面时,物体A沿斜面下滑的距离应该等于弹簧原来被压缩的长度再加上后来弹簧被拉长的长度,A、B获得最大速度,B应该处于受力平衡状态,对B受力分析,可以求得斜面的倾角α;对于整个系统机械能守恒,根据机械能守恒列出方程就可以求得B的最大速度.

解答 解:A、设当物体C刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为xC,则
  kxC=mg ①
物体C刚刚离开地面时,以B为研究对象,物体B受到重力mg、弹簧的弹力kxC、细线的拉力T三个力的作用,
设物体B的加速度为a,根据牛顿第二定律,
对B有:T-mg-kxC=ma ②
对A有:4mgsinα-T=4ma ③
由②、③两式得
  4mgsinα-mg-kxC=5ma ④
当A获得最大速度时,有 a=0 ⑤
由①④⑤式联立,解得 sinα=$\frac{1}{2}$,所以:α=30°,故A错误,B正确;
C、由A的分析知,当C刚刚离开地面时,A与B的加速度是0;同时,C刚刚要离开地面时,C受到的弹簧的拉力与重力大小相等,分析相反,所以C的加速度也是0,所以C球刚离开地面时,三个小球的加速度相同.故C正确;
D、设开始时弹簧的压缩量xB,则 kxB=mg
得:${x}_{B}=\frac{mg}{k}$
设当物体C刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为xA,则 kxC=mg
则:${x}_{C}=\frac{mg}{k}$
当物体C刚离开地面时,弹簧的伸长量等于开始时弹簧的压缩量,所以弹簧处于压缩状态和伸长状态时的弹性势能相等;但整个的过程中不守恒.故D错误.
故选:BC

点评 本题关键是分析求出系统的运动情况,然后结合机械能守恒定律和胡克定律多次列式求解分析.

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