题目内容

19.如图所示,斜面倾角θ=30°,一轻质弹簧一端固定于斜面底部,弹簧自然伸长时,另一端位于斜面的O点,O点上方斜面粗糙,下方斜面光滑.质量m=0.4kg的物体(可视为质点)从P点由静止释放沿斜面滑下,压缩弹簧后被弹回,上滑至OP中点时速度为零.已知O、P两点间距离为x=10cm,当弹簧的压缩量△l=2cm时,物体的速度达到最大,此时弹簧具有的弹性势能Ep=0.04J.取g=10m/s2.
(1)求弹簧的劲度系数k;
(2)此过程中,物体具有的最大动能Ekm(结果保留两位有效数字)

分析 (1)当物体的速度最大时合力为零,由平衡条件和胡克定律结合求弹簧的劲度系数k.
(2)从P点释放到反弹至OP中点,运用动能定理列式.从P点释放到速度最大,运用动能定理列式,联立可求得最大动能Ekm.

解答 解:(1)当物体的速度最大时合力为零,由平衡条件和胡克定律得:
mgsinθ=k△l
解得:k=$\frac{mgsinθ}{△l}$=$\frac{0.4×10×sin30°}{0.02}$=100N/m
(2)物体从P点释放到反弹至OP中点时,由动能定理得:
mg•$\frac{1}{2}$xsinθ-μmg•$\frac{3}{2}$xcosθ=0…①
从P点释放到速度最大,由动能定理得:
mg(x+△l)sinθ-μmgxcosθ-Ep=Ekm…②
由①②两式可以求得最大动能为:Ekm=$\frac{0.52}{3}$J≈0.17J
答:(1)弹簧的劲度系数k是100N/m;
(2)此过程中,物体具有的最大动能Ekm是0.17J.

点评 本题的关键要正确分析物体的受力情况,判断物体的运动情况,抓住各个状态和过程的物理规律.对于动能定理,要灵活选取研究的过程进行列式.

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