题目内容

如图所示,在竖直方向上AB两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,A放在水平地面上;BC两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连,C放在固定的光滑斜面上.用手拿住C,使细线刚刚拉直但无拉力作用,并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行.已知A、B的质量均为m,C的质量为4 m,重力加速度为g,细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个系统处于静止状态.释放C后它沿斜面下滑,A刚离开地面时,B获得最大速度,求:

(1)斜面倾角α

(2)B的最大速度VBm

答案:
解析:

  解:(1)设当物体A刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为为xA,由:

  kxAmg(1分)

  此时以B为研究对象,物体B受到重力mg、弹簧的弹力kxA、细线的拉力T三个力的作用.设物体B的加速度为a,根据牛顿第二定律,

  对B有:Tmg-kxAma(1分)

  对C有:4mgsinα-T=4ma(1分)

  由以上两式得:4mgsinα-mg-kxA=5ma(1分)

  当B获得最大速度时,有:a=0

  解得:sinα=1/2

  所以:α=30°(1分)

  (2)开始时弹簧压缩的长度为:xBmg/k(1分)

  当物体A刚离开地面时,物体B上升的距离以及物体C沿斜面下滑的距离为:h=xAxB(1分)

  由于xAxB,弹簧处于压缩状态和伸长状态时的弹性势能相等,弹簧弹力做功为零.且物体A刚刚离开地面时,B、C两物体的速度相等,设为vBm,由动能定理:

  (2分)

  解得:(1分)


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