题目内容

如图所示,质量均为m的两物体AB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。CA相碰后立即粘在一起向下运动,以后不再分开。当AC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)AC一起开始向下运动时的速度大小;

(2)AC一起运动的最大加速度大小;

(3)弹簧的劲度系数。

(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CA碰撞粘在一起时速度为,由动量守恒定律

                        ……………………(3分)

   求出                   ……………………(1分)

(2) AC一起将在竖直方向作简谐运动。当AC运动     

到最高点时,回复力最大,加速度最大。

      AC受力图,B受力图如右图    …………………(2分)

B受力平衡有   F = mg              ……………………(2分)

AC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

A有          ………(1分)

   当AC运动到最高时,设弹簧的拉伸形变量为△x

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:EE

AC,从原平衡位置到最高点,根据机械能守恒定律

E E′                    ………(3分)

解得                                      ……… (2分)

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