题目内容
如图16所示,一轻质弹簧竖直固定在地面上,自然长度为1m,上面连接一个质量为m1=1kg的物体,平衡时物体离地面0.9m.距物体m1正上方高为0.3m处有一个质量为m2=1kg的物体自由下落后与弹簧上物体m1碰撞立即合为一体,一起在竖直面内做简谐振动.当弹簧压缩量最大时,弹簧长为0.6m.求(g取10m/s2):(1)碰撞结束瞬间两物体的动能之和是多少?
(2)两物体一起做简谐振动时振幅的大小?
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小?
【答案】分析:(1)由自由落体运动的公式求出物体m2碰撞前的速度.两物体碰撞过程遵守动量守恒,由动量守恒定律求出碰撞后两物体的速度,再求碰撞结束瞬间两物体的动能之和.
(2)振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离.当弹簧的弹力与两物体的重力平衡时,由胡克定律求出弹簧被压缩的长度,根据弹簧的最大压缩量,求出振幅.
(3)根据公式EP=
,求出弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小.
解答:解:
(1)物体m2碰撞前的速度v=
=
m/s=
m/s.
设碰撞后两物体的速度为v,则由动量守恒定律得
m2v=(m1+m2)v
得到v=
所以碰撞结束瞬间两物体的动能之和Ek=
代入解得 Ek=1.5J.
(2)由题开始状态,平衡时物体m1离地面0.9m,则弹簧的劲度系数k=
=
=100N/m.
碰撞后,当两物体的重力与弹力平衡时,弹簧被压缩的长度x2=
=0.2m.
两物体一起做简谐振动时振幅的大小A=x-x2-l3=1m-0.2m-0.6m=0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小EP=
=
=8J.
答:(1)碰撞结束瞬间两物体的动能之和是1.5J.
(2)两物体一起做简谐振动时振幅的大小是0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小是8J.
点评:本题根据振幅的定义求解振幅A.对于碰撞过程,基本规律是动量守恒.本题是中等题.
(2)振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离.当弹簧的弹力与两物体的重力平衡时,由胡克定律求出弹簧被压缩的长度,根据弹簧的最大压缩量,求出振幅.
(3)根据公式EP=
解答:解:
(1)物体m2碰撞前的速度v=
设碰撞后两物体的速度为v,则由动量守恒定律得
m2v=(m1+m2)v
得到v=
所以碰撞结束瞬间两物体的动能之和Ek=
代入解得 Ek=1.5J.
(2)由题开始状态,平衡时物体m1离地面0.9m,则弹簧的劲度系数k=
碰撞后,当两物体的重力与弹力平衡时,弹簧被压缩的长度x2=
两物体一起做简谐振动时振幅的大小A=x-x2-l3=1m-0.2m-0.6m=0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小EP=
答:(1)碰撞结束瞬间两物体的动能之和是1.5J.
(2)两物体一起做简谐振动时振幅的大小是0.2m.
(3)弹簧长为0.6m时弹簧的弹性势能大小是8J.
点评:本题根据振幅的定义求解振幅A.对于碰撞过程,基本规律是动量守恒.本题是中等题.
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