题目内容

【题目】如图所示,一轻质弹簧的上端固定在倾角为30°的光滑斜面顶部,下端栓接小物块A,A通过一段细线与小物块B相连,系统静止时B恰位于斜面的中点。将细线烧断,发现当B运动到斜面底端时,A刚好第三次到达最高点。已知B的质量m=2kg,弹簧的劲度系数k=100N/m,斜面长为L=5m,且始终保持静止状态,重力加速度g=10m/s2。

(1)试证明烧断细线后小物块A做简谐运动;

(2)求小物块A振动的振幅A;

(3)求小物块A振动的周期T。

【答案】(1)A受到的合外力总是与物块的位移成反比,所以A做简谐振动;

(2)

(3)

【解析】

(1)烧断细线后A向上运动,受力平衡时,设弹簧的伸长量为则:①

选A的平衡位置处为坐标原点,沿斜面向下为正方向建立坐标系,用x表示A离开平衡位置的位移.当A运动到平衡位置下x位置时,物块A受到的合力为:

②

联立解得:

则A受到的合外力总是与物块的位移成反比,所以A做简谐振动

(2)开始时AB组成的系统静止时,设弹簧的伸长量为 ,根据胡克定律有: ③

解得:

烧断细线后A从此位置开始向上运动,到达平衡位置运动的距离为物块A的振幅,则: 代入数据得

(3)烧断细线后B向下做匀加速直线运动,则:

设B到达斜面底端的时间为t,则:
A向上运动经过周期第一次到达最高点,则第三次到达最高点的时间:
代入数据联立得:

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