题目内容

5.如图光滑斜面底端固定一个垂直斜面的挡板.小罗同学为测量一个小方型物体的质量,用一个已知质量为m的小物块和一把刻度尺加一个未知劲度系数的弹簧进行如下操作:先测出弹簧的自然长度为L0;然后把两个物块设法固定在弹簧的两端,按图示放在斜面上,测出小物块静止时弹簧的长度为L1;用手对小物块施加沿斜面向下的作用力使弹簧被压缩,某次弹簧被压缩至长度为L2时,放开手后发现方型物体刚好可以离开挡板.则方型物体的质量为(  )
A.$\frac{{{L_2}-{L_0}}}{{{L_0}-{L_1}}}m$B.$\frac{{2{L_1}-{L_2}-{L_0}}}{{{L_0}-{L_1}}}m$
C.$\frac{{2{L_2}-{L_1}-{L_0}}}{{{L_0}-{L_1}}}m$D.$\frac{{{L_2}+{L_1}-{L_0}}}{{{L_0}-{L_1}}}m$

分析 弹簧的长度为L1时,小物块静止.弹簧被压缩至长度为L2时,放开手后发现方型物体刚好可以离开挡板,此时方型物体静止,处于临界状态,挡板对方型物体无弹力.同时用到了简谐运动对称的特点.

解答 解:弹簧的长度为L1时,小物块静止,由平衡条件得:mgsinθ=k(L0-L1)  ①
方型物体刚好可以离开挡板时,此时方型物体静止,挡板对方型物体无弹力,由平衡条件得:
Mgsinθ=k(2L1-L2-L0)   ②
联立①②式,解得:M=$\frac{2{L}_{1}-{L}_{2}-{L}_{0}}{{L}_{0}-{L}_{1}}m$
故选:B.

点评 这是道难题,突破口就是抓住物理运动中脱离的临界状态即两物体之间无弹力,而两物体具有相同的运动状态;
简谐运动的对称性:相对平衡位置的位移是大小相等.找到弹簧的伸长量,运用胡克定律.

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