题目内容
16.如图,在距地面高为H=0.5m的光滑桌面左端有一固定竖直板,板上固定一弹簧,在桌面上有一块很薄的长为L=0.5m的木板,木板的左端固定有竖直挡板(和木块一起运动),木板和该挡板的总质量为M=2kg,在木板上紧靠挡板放置一质量为m=1kg的小木块,小木块与木板之间的摩擦因数为μ=0.1.在桌面右端固定有一很矮的粘板,其高度略低于长木板的厚度,当长木板撞到粘板上时,速度立即变为0.在距桌面右端S=1m处有一高为h=0.3m、水平长度为L0=0.2m的挡网.用长木板将弹簧压缩,并用细绳固定.(弹簧右端与长木板不粘连,长木板右端距桌面右端足够远,g=10m/s2) 现烧断绳子,长木板和小木块一起被弹出,则:(1)若最终小木块停在长木板最右端,则烧断绳时弹簧储存的弹性势能是多大?
(2)若要使小木块最终落在挡网上,则弹簧的弹性势能需在什么范围内?
分析 (1)长木板M撞到粘板后,m在M上向右做匀减速运动,结合弹簧储存的弹性势能等于m和M的初始动能即可正确求解.
(2)先求出离开桌面的速度,再据平抛运动知识和动能定理求解即可.
解答 解:
(1)弹簧弹开后,m与M一起向右做匀速直线运动,设速度大小为 v0,M撞到粘板后,m在M上向右做匀减速运动,并离开M.由动能定理有:
$0-\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}=-μmgL$
所以:${v}_{0}^{2}=2μgL$
弹簧储存的弹性势能等于m和M的初始动能,即:
${E}_{P}=\frac{1}{2}(M+m){v}_{0}^{2}=μ(M+m)gL$
代入数据得:EP=1.5J
(2)若m刚好落在网的底端,m离开木板后做平抛运动的初速度为v1,则有:
$H=\frac{1}{2}g{t}_{1}^{2}$
S=v1t1
所以:${v}_{1}=S\sqrt{\frac{g}{2H}}$
代入数据得:${v}_{1}=\sqrt{10}$m/s
弹簧弹开时,m和M的速度为vmin,对m在M上运动的过程有:
$\frac{1}{2}m{v}_{1}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{min}^{2}=-μmgL$
所以:${v}_{min}^{2}={v}_{1}^{2}+2μgL$
弹簧的弹性势能最小值为:EPmin=16.5J
若m刚好落在网的顶端,则:$H-h=\frac{1}{2}g{t}_{2}^{2}$
S+L=${v}_{2}{t}_{2}^{2}$
所以:${v}_{2}=(S+{L}_{0})•\sqrt{\frac{g}{2(H-h)}}=6$m/s
这时弹簧弹开时,m和M的速度为vmax,对m在M上运动的过程有:
$\frac{1}{2}m{v}_{2}^{2}-\frac{1}{2}m{v}_{max}^{2}=-μmgL$
弹簧的弹性势能最大值为:EPmax=55.5J
所以,弹簧弹性势能应在下列范围内:16.5J<EP<55.5J
答:(1)若最终小木块停在长木板最右端,则烧断绳时弹簧储存的弹性势能是1.5J
(2)若要使小木块最终落在挡网上,则弹簧的弹性势能需满足16.5J<EP<55.5J.
点评 该题属于单物体多过程的情况,明确金属块的运动情况是解题的关键,灵活应用动能定理、运动学公式和平抛运动的知识是解题的关键,此题运动过程较复杂,难度较大.
| A. | x2-xl>x3-x2 | B. | x2-xl=x3-x2 | C. | x2-xl<x3-x2 | D. | 无法判断 |
| A. | 微小形变的演示、卡文迪许用扭秤测出引力常量和库仑用扭秤研究电荷之间的作用力都采用了放大法 | |
| B. | 伽利略应用理想实验说明力是维持物体运动的原因 | |
| C. | 瞬时速度定义、瞬时加速度定义应用了极限法 | |
| D. | 在推导匀变速直线运动位移公式时,把整个运动过程划分成很多小段,每一小段近似看作匀速直线运动,然后用各小段的位移之和代表物体的位移应用了微元法 |
| A. | 卫星A的角速度比B大 | B. | 卫星A的线速度比B小 | ||
| C. | 卫星A的向心加速度比B的大 | D. | 卫星A的运行周期比B的小 |
| A. | “天宫一号”的运行速度比同步卫星的快 | |
| B. | “天宫一号”所受的向心力比同步卫星的小 | |
| C. | “天宫一号”的向心加速度比同步卫星的大 | |
| D. | “天宫一号”的运行周期比同步卫星的小 |
| A. | 2P | B. | 4P | C. | 8P | D. | 16P |
| A. | 该直角三棱镜对蓝光的折射率为$\sqrt{2}$ | |
| B. | 该直角三棱镜对蓝光的折射率为$\frac{\sqrt{2}}{2}$ | |
| C. | 蓝光第一次从棱镜射入空气时的折射角为45° | |
| D. | 蓝光第一次从棱镜射入空气时的折射角为60° |
| A. | 重力对人一直做正功 | |
| B. | 玩家在D点加速度为0 | |
| C. | 玩家通过B点之后,绳子具有弹性势能 | |
| D. | 玩家在B点速度最大 |