题目内容
【题目】如图所示,在倾角为θ = 30o 的光滑斜面的底端有一个固定挡板D,小物体C靠在挡板D上,小物体B与C用轻质弹簧拴接。当弹簧处于自然长度时,B在O点;当B静止时,B在M点, 已知OM = l。在P点还有一小物体A,使A从静止开始下滑,A、B相碰后一起压缩弹簧。A第一次脱离B后最高能上升到N点,且ON = 1.5l。B向上运动时还会拉伸弹簧,能使C物体刚好能脱离挡板D。已知A、B、C的质量都是m,重力加速度为g。已知弹性势能与形变量大小有关。试求:
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(1)弹簧的劲度系数;
(2)弹簧第一次恢复到原长时小物体B的速度大小;
(3)M、P两点之间的距离。
【答案】![]()
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【解析】
根据题意已经知道B物体平衡时弹簧的形变量,对B进行受力分析,由共点力平衡条件求出弹力,利用胡克定律得到弹簧的劲度系数;A与B分离的临界条件即弹簧恢复原长的瞬间,利用机械能守恒求出B物体的速度;综合分析A与B碰撞前、碰撞后的运动过程,找到他们遵守的物理定律即动量守恒、机械能守恒,列出方程求解.并且知道C刚刚脱离挡板的条件是弹簧的拉力与C物体沿斜面的分力相等;
解:(1)B静止时,受力如图所示,
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根据物体平衡条件得:![]()
弹簧的劲度系数:![]()
(2)当弹簧第一次恢复原长时A、B恰好分离,设此时A、B速度的大小为v3,对A物体,从A、B分离到A速度变为0的过程,根据机械能守恒定律得:![]()
此过程中A物体上升的高度:![]()
得:![]()
(3)设A与B相碰前速度的大小为v1,A与B相碰后速度的大小为v2,M、P之间距离为x,对A物体,从开始下滑到A、B相碰的过程,根据机械能守恒定律得:![]()
A与B发生碰撞,根据动量守恒定律得:![]()
设B静止时弹簧的弹性势能为EP,从A、B开始压缩弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程,根据机械能守恒定律得:![]()
B物体的速度变为0时,C物体恰好离开挡板D,此时弹簧的伸长量也为l,弹簧的弹性势能也为EP
对B物体和弹簧,从A、B分离到B速度变为0的过程,由机械能守恒定律得:![]()
解得M、P两点之间的距离:![]()