题目内容

4.如图所示,劲度系数为k的轻质弹簧,一端系在竖直放置的半径为R的圆环顶点P,另一端系一质量为m的小球,小球穿在圆环上做无摩擦的运动,设开始时小球置于A点,弹簧处于自然状态,当小球运动到最低点时速率为v,对圆环恰好没有压力.下列分析正确的是(  )
A.从A到B的过程中,小球的机械能守恒
B.从A到B的过程中,小球的机械能减少
C.小球过B点时,弹簧的弹力为mg-m$\frac{{v}^{2}}{R}$
D.小球过B点时,弹簧的弹力为mg+m$\frac{{v}^{2}}{2R}$

分析 小球在下降中小球的重力势能转化为动能和弹性势能,由机械能守恒条件可知小球是否机械能守恒;小球在最低点弹力与重力的合力充当向心力,由牛顿第二定律可得出弹力的大小.

解答 解:A、B、对小球来说,由于有弹簧弹力做功,小球的机械能不守恒,小球的部分机械能转化为了弹簧的弹性势能,而使小球的机械能减小,故A错误,B正确;
C、D、小球在最低点,对圆环恰好没有压力,故小球不受圆环的弹力,故弹簧弹力与重力一起充当向心力,故有:
F-mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$;
故F=mg+m$\frac{{v}^{2}}{R}$,故CD错误;
故选:B

点评 本题要注意我们研究的系统是小球而不是小球与弹簧,若说明是小球与弹簧系统则机械能守恒;而只对小球机械能是不定恒的.

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