题目内容

如图所示,在竖直方向上AB两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,A放在水平地面上;BC两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连,C放在固定的光滑斜面上。用手拿住C,使细线刚刚拉直但无拉力作用,并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行。已知AB的质量均为mC的质量为4m,重力加速度为g,细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个系统处于静止状态。释放C后它沿斜面下滑,A刚离开地面时,B获得最大速度,求:

   (1)斜面倾角α

   (2)B的最大速度vBm

解:(1)设当物体A刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为为xA,由:

kxA=mg                                        (2分)

此时以B为研究对象,物体B受到重力mg、弹簧的弹力kxA、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: TmgkxA=ma                                        (2分)

对C有: 4mgsinα—T=4ma                                      (2分)

由以上两式得:4mgsinαmgkxA =5ma 

当B获得最大速度时,有: a = 0                                 (2分)

解得:sinα=1/2                                                                                      (2分)

所以:α=300                                                       (2分)

   (2)开始时弹簧压缩的长度为:xB=mg/k                                

当物体A刚离开地面时,物体B上升的距离以及物体C沿斜面下滑的距离为:

      h=xA+ xB                                                 (3分)

由于xAxB,弹簧处于压缩状态和伸长状态时的弹性势能相等,弹簧弹力做功为零。且物体A刚刚离开地面时,B、C两物体的速度相等,设为vBm,由动能定理:

                               (4分)

解得:                               (3分)

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