题目内容

10.如图所示,一根轻质弹簧,原长l=0.4m,劲度系数k=100N/m,一端固定在O点,另一端系住一个质量m=0.4kg的小球.开始时在外力作用下小球静止于水平位置A点,弹簧恰好处于原长.现将小球由静止释放,小球运动到最低点B时,速度大小v=$\frac{\sqrt{30}}{2}$m/s,运动过程中阻力忽略不计(g取10m/s2).求:
(1)小球运动到最低点时弹簧的弹力大小是多少?
(2)小球从A运动到B的过程中减少的机械能.

分析 (1)有胡克定律和牛顿第二定律即可求出弹簧的弹力;
(2)由动能定理即可求出小球损失的机械能.

解答 解:(1)设在最低点弹簧的伸长量为x,则:F=kx
根据弹力与重力的合力提供向心力,得:$F-mg=\frac{m{v}^{2}}{(l+x)}$
联立可得:x=0.10m,F=10N
(2)小球向下运动的过程中重力与弹簧的弹力做功,有动能定理可得:
$mg(l+x)-W=\frac{1}{2}m{v}^{2}$
其中克服弹簧做的功等于减少的机械能,即:△E=W
联立得:△E=0.5J
答:(1)小球运动到最低点时弹簧的弹力大小是10N;
(2)小球从A运动到B的过程中减少的机械能是0.5J.

点评 该题结合竖直平面内运动的特点考查功能关系,解答的关键是把握小球在最低点受力的特点,然后由牛顿第二定律正确列出受力方程.

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