题目内容
如图所示,质量均为m的两物体A.B分别与轻质弹簧的两端 相连接,将它们静止放在地面上。一质量也为m的小物体C从距A物高处由静止开始下落。C与A相碰后立即粘在一起向下运动,以后不再分开。当A与C运动到最高点时,物体B对地面刚好无压力。不计空气阻力。弹簧始终处于弹性限度内。已知重力加速度为g。求:
(1)A与C一起开始向下运动时的速度大小;
(2)A与C一起运动的最大加速度大小;
(3)弹簧的劲度系数。
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(1)设小物体C从静止开始运动到A点时速度为
,由机械能守恒定律
……………………(2分)
设C与A碰撞粘在一起时速度为
,由动量守恒定律
……………………(3分)
求出
……………………(1分)
(2) A与C一起将在竖直方向作简谐运动。当A与C运动
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到最高点时,回复力最大,加速度最大。
A.C受力图,B受力图如右图 …………………(2分)
B受力平衡有 F = mg ……………………(2分)
对A.C应用牛顿第二定律
F + 2mg = 2ma ……………………(2分)
求出 a = 1.5g ……………………(2分)
(3) 设弹簧的劲度系数为k
开始时A处于平衡状态,设弹簧的压缩形变量为△x
对A有
………(1分)
当A与C运动到最高时,设弹簧的拉伸形变量为△x′
对B有
………(1分)
由以上两式得
………(1分)
因此,在这两个位置时弹簧的弹性势能相等:E弹=E弹′
对A.C,从原平衡位置到最高点,根据机械能守恒定律
E弹+
+ E弹′ ………(3分)
解得
……… (2分)
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