题目内容

【题目】如图,有一个足够长竖直固定在地面的透气圆筒,筒中有一劲度系数为k的轻弹簧,其下端固定,上端连接一质量为m的薄滑块,圆筒内壁涂有一层新型智能材料——ER流体,它对滑块的阻力可调节。开始滑块静止,ER流体对其阻力为0,弹簧的长度为L。现有一质量也为m的物体从距地面2L处自由落下,与滑块碰撞后粘在一起向下运动.为使滑块恰好做匀减速运动,且下移距离为时速度减为0,ER流体对滑块的阻力必须随滑块下移而适当变化,忽略空气阻力,以滑块初始高度处为原点,向下为正方向建立Ox轴。

(1) 求ER流体对滑块的阻力随位置坐标x变化的函数关系式及题中L要满足的条件;

(2) 滑块速度第一次减为0瞬间,通过调节,使以后ER流体对运动的滑块阻力大小恒为λmg,若此后滑块向上运动一段距离后停止运动不再下降,求λ的取值范围。

【答案】(1); (2)(ⅰ)(ⅱ)

【解析】试题分析:根据机械能守恒定律,求出物体的速度,再根据动量守恒求出共同的速度,结合牛顿第二定律求出长度范围;滑块能向上运动则 得, 当滑块向上运动时,若规定向上为滑块和物体所受合力为正,写出力的表达式再结合数学知识求出 滑块停止运动不再下降的条件。

(1)设滑块静止时弹簧压缩量为x0,则

设物体下落末速度为v0,由机械能守恒定律

设碰后共同速度为v1,由动量守恒定律mv0=(m+m)v1

滑块下移距离为时

由牛顿第二定律

解得

当时,得

(2)(i)滑块能向上运动则 得

(ii)当滑块向上运动时,若规定向上为滑块和物体所受合力的正方向,则合力

作出F—x图:

由数学知识得滑块停止运动的位置坐标 (2分)

滑块停止运动不再下降的条件是

得

综上所述, (1分)

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