题目内容

20.在倾角为θ的光滑斜面上有两个用轻弹簧连接的物块A和B,它们的质量分别为3m和2m,弹簧的劲度系数为k,C为一固定挡板,系统处于静止状态.现用一沿斜面方向的恒力拉物块A使之沿斜面向上运动,当B刚离开C时,A的速度为v,加速度方向沿斜面向上、大小为a,则(  )
A.从静止到B刚离开C的过程中,A发生的位移为$\frac{5mgsinθ}{k}$
B.从静止到B刚离开C的过程中,重力对A做的功为-$\frac{5{m}^{2}{g}^{2}si{n}^{2}θ}{k}$
C.当A的速度达到最大时,B的加速度大小为$\frac{3}{2}$a
D.B刚离开C时,恒力对A做功的功率为(5mgsinθ+2ma)v

分析 未加拉力F时,系统处于静止状态,物体A对弹簧的压力等于其重力的下滑分力;物块B刚要离开C时,弹簧的拉力等于物体B重力的下滑分力,根据平衡条件并结合胡克定律求解出两个状态下弹簧的形变量,从而得到弹簧的长度变化情况,即可求出A发生的位移,根据功的公式求出重力对A做功的大小.当A的加速度为零时,A的速度最大,根据合力为零求出弹簧的拉力,从而结合牛顿第二定律求出B的加速度.根据牛顿第二定律求出F的大小,结合P=Fv求出恒力对A做功的功率.

解答 解:A、开始A处于静止状态,弹簧处于压缩,根据平衡条件有:3mgsinθ=kx1,解得弹簧的压缩量 x1=$\frac{3mgsinθ}{k}$.
当B刚离开C时,B对挡板的弹力为零,有:kx2=2mgsinθ,解得弹簧的伸长量 x2=$\frac{2mgsinθ}{k}$,可知从静止到B刚离开C的过程中,A发生的位移 x=x1+x2=$\frac{5mgsinθ}{k}$,故A正确.
B、从静止到B刚离开C的过程中,重力对A做的功 W=-3mgxsinθ=-$\frac{15{m}^{2}{g}^{2}si{n}^{2}θ}{k}$.故B错误.
C、当A的速度达到最大时,A受到的合外力为0,则:F-3mgsinθ-T′=0
所以:T′=2mgsinθ+3ma
B沿斜面方向受到的力:FB=T′-2mgsinθ=2ma′,解得 a′=$\frac{3}{2}$a,故C正确.
D、根据牛顿第二定律得,F-3mgsinθ-kx2=3ma,解得F=5mgsinθ+3ma,则恒力对A做功的功率P=Fv=(5mgsinθ+3ma)v,故D正确.
故选:ACD

点评 本题关键抓住两个临界状态,A的速度最大时的状态和最后B物体恰好要滑动时的状态,要知道A的合力为零时速度最大.

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