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2.如图所示,斜面倾角θ=37°,斜面上P点上方粗糙,下方光滑,一劲度系数k=100N/m的轻质弹簧下端固定在斜面底部.现将弹簧压缩至A点并锁定,此时弹簧的弹性势能为2J,弹簧被压缩了x0=0.2m.将一质量为0.2kg的物体(可视为质点)放在A处.解除锁定后弹簧将物块弹出,物体在到达P点前脱离弹簧,最远可滑至B点.已知A、P间距离l1=0.5m,物体与粗糙部分的动摩擦因数μ=0.5.(已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,取g=10m/s2)求:
(1)B、P间距离l2;
(2)物体在粗糙部分运动的总路程S
(3)弹簧第一次将物体弹出的过程中,物体速度达到最大时离A点的距离d.

分析 (1)对解除锁定到物体到达B的过程,对物体和弹簧系统运用能量守恒定律列式,可求得B、P间距离l2.
(2)物体在BP段运动时,由于摩擦力对物体做负功,其机械能不断减少,物体最终在A、P间往返运动,到达P点时速度为零.对整个过程,运用动能定理求物体在粗糙部分运动的总路程S.
(3)当弹簧的弹力与重力沿斜面向下的分力平衡时速度最大,由此列式求出弹簧的压缩量,再由几何关系求d.

解答 解:(1)对解除锁定到物体到达B的过程,对物体和弹簧系统运用能量守恒定律得:
Ep=mg(l1+l2)sinθ+μmgcosθ•l2
解得:l2=0.7(m)
(2)物体最终在A、P间往返运动,到达P点时速度为零.对从开始到P的整个过程,由动能定理得:
W-mgl1sinθ-μmgcosθ•S=0
又弹簧对物体做功为:W=Ep
解得:S=1.75(m)
(3)当弹簧的弹力与重力沿斜面向下的分力平衡时速度最大,此时弹簧压缩量为x,则有
kx=mgsinθ,
解得:x=0.012(m)
则物体与A点的距离为:d=x0-x=0.2-0.012=0.188(m)
答:(1)B、P间距离l2是0.7m.
(2)物体在粗糙部分运动的总路程S是1.75m.
(3)弹簧第一次将物体弹出的过程中,物体速度达到最大时离A点的距离d是0.188m.

点评 解决本题的关键要分析清楚涉及几何形式的能,判断能量是如何转化的.要知道滑动摩擦力做功与总路程有关.

练习册系列答案
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17.如图1所示的电路中,直径为D的圆环是用粗细均匀的电阻丝制成的,其阻值为R,图中A,B,…,H为圆环的等分点,A点固定,电阻不计的金属杆OP上接有电流表A,P为滑片,且滑片P能沿圆环滑动,并保持良好的接触,电源电动势为E,内阻不计.当闭合电键S后,滑片P沿圆环顺时针滑动时,图中各表的示数会发生变化.甲、乙两同学按此电路图,分别做实验,并记下当滑片P在某些位置时各电表的示数.
表一甲同学测得实验数据
滑片P的位置位置B位置C位置D位置E位置F位置x位置A
电流表A的示数(A)0.250.200.180.170.180.19
电压表V1的示数(V)3.753.002.702.552.702.85
电压表V2的示数(V)2.253.003.303.453.303.15
表二乙同学测得实验数据
滑片P的位置位置B位置C位置D位置E位置F位置G位置x
电流表A的示数(A )0.240.170.130.110.090.08
电压表V1的示数(V)3.602.551.951.651.351.20
电压表V2的示数(V)2.403.454.054.354.654.80
(1)甲、乙两同学分别用游标卡尺和螺旋测微器测量小圆环的厚度,如图2所示,甲、乙同学的读数分别为3.64mm,3.878mm.

(2)根据上述实验数据,回答下列问题:
①根据表1中的实验数据,请通过计算,分析完成表1中“位置A”下的空格.
I=0.4A;U1=6V.
②根据表1、表2中的实验数据,请通过比较、分析来说明,可能乙同学在实验过程中,GA间部分的电路发生了断路.
③根据②中的分析,请思考:当滑片P滑到G、A之间位置X时,则表2中“位置X”下的空格可能的数据(即各电表的示数)分别是BD
A.0.05A,0.75V,5.25V              B.0.07A,1.05V,4.95V
C.0.16A,2.40V,3.60V              D.0.25A,3.75V,2.25V.

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