题目内容
如图所示,在处于水平方向的细管内的端点D固定一根长为L0、劲度系数为k的轻弹簧,在弹簧的自由端连接一个质量为m小球,今将细管以O为轴逆时针缓慢转动,直至转到竖直方向,则此过程中,下列说法正确的是(不计一切摩擦,弹簧总在弹性限度内)( )
A.小球的重力势能不断增大
B.小球的质量m足够大时,总能使小球的重力势能先增大后减小
C.弹簧的长度足够小时,总可以使球的重力势能不断增大
D.以上说法都不对
答案:B
提示:
提示:
提示:细管缓慢转动是处于动态平衡.设细管转到与水平方向成θ角时,弹簧的压缩
量为x,小球的质量为m,对小球受力分析如图所示,由平衡条件可得,kx=mgsinθ取水平面为零参考面,则此时小球的重力势能为Ep=mg(L0-x)sinθ.由以上两式可得,Ep=mgL0sinθ-(mg)2sin2θ/k.这是一个关于sinθ的一元二次函数,根据数学知识可知Ep有极大值,所以小球的重力势能先增加后减少.
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