题目内容

【题目】如图所示,质量为m的钢板与直立的轻弹簧的上端相连,弹簧下端固定在地上,平衡时弹簧的压缩量为x0。一物块从钢板正上方3x0处自由落下,打在钢板上并与钢板一起向下运动,但不粘连,已知当物块质量为m时,它们恰能回到O点;若物块的质量为2m时,它们到达最低点后又向上运动,经某点分离后,物块继续向上运动。

(1)轻弹簧的劲度系数;

(2)质量为2m的物块与钢板分离时物块的速度;

(3)质量为2m的物块与钢板分离后又向上运动的距离。

【答案】(1)(2)分离速度为(3)

【解析】

(1)对钢板平衡时满足: mg=kx0

解得;

(2)物块与钢板碰撞时的速度由机械能守恒,

得:
设v1表示质量为m的物块钢板碰撞后一起向下运动的速度,因碰撞时间极短,系统所受外力远小于相互作用的内力,符合动量守恒,故有mv0=2mv1
设刚碰完时弹簧的弹性势能为Ep,当他们一起回到O点时,弹簧无形变,弹簧势能为零,根据题意,由机械能守恒得Ep+(2m)v12=2mgx0
解得Ep=mgx0

设v2表示质量为2m的物块与钢板碰后开始一起向下运动的速度,由动量守恒,则有2mv0=3mv2
当质量为2m的物块与钢板一起回到O点时,弹簧的弹力为零,物块与钢板只受到重力的作用,加速度为g,一过O点,钢板受到弹簧向下的拉力作用,加速度大于g,因为物块与钢板不粘连,物块不可能受到钢板的拉力,其加速度仍为g,方向向下,故在O点物块与钢板分离。刚碰完时弹簧势能为Ep,它们回到O点时,弹性势能为零,但它们仍继续向上运动,设此时速度为v2,则由机械能守恒定律得:Ep+(3m)v22=3mgx0+(3m)v2
联立解得:;
(3)分离后,物块以速度v竖直上升,由竖直上抛最大位移公式得:

而
所以物块向上运动到达的最高点距O点的距离。

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网