题目内容

【题目】如图所示,质量为m、长为2L的长滑块静止地放在光滑的水平桌面上,上表面左侧一半AB段光滑,右侧一半BC段粗糙。一质量可忽略的轻质弹簧固定在滑块的左端,弹簧的劲度系数为k,滑块右端用一不可伸长的细绳通过测力传感器固定在竖直墙上。一质量也为m,初速度为v0(其方向水平向左)的小物块在滑块上向左滑动时,测力传感器测得绳子拉力随时间变化图象如图所示,最终与弹簧相碰并压缩弹簧。求

(1)细绳能承受的最大拉力Tmax是多大

(2)滑块的初速度最小值vmin是多大

(3)滑块获得的最大加速度amax是多大。

【答案】(1)Tmax=2F0;(2)vmin;(3)amax=

【解析】

细绳恰好被拉断时,细绳的拉力恰好等于2F0,根据胡克定律求出弹簧的压缩量.在弹簧被压缩的过程中,物块的动能转化为弹簧的弹性势能,由机械能守恒求解物体的最小初速度;细绳断裂后弹簧压缩过程,弹力变大,加速度变大,当小物体与滑块具有共同速度时,弹簧压缩量最大,弹力最大,滑块的加速度最大,由动量守恒定律求出共同速度,由能量守恒定律求出弹簧的压缩量,再由牛顿第二定律求出最大的加速度;

(1)由图像可知细绳能承受的最大拉力Tmax=2F0

(2)细绳刚拉断时,压缩了x0:kx0=2F0

则

故:vmin

(3)绳子拉断时:

拉断后至共速:

amax

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