8.如图所示,劲度系数为k=200N/m的轻弹簧一端固定在墙上,另一端连一质量为M=8kg的小车a,开始时小车静止,其左端位于O点,弹簧没有发生形变,质量为m=1kg的小物块b静止于小车的左侧,距O点s=3m,小车与水平面间的摩擦不计,小物块与水平面间的动摩擦系数为μ=0.2,取g=10m/s2。今对小物块施加大小为F=8N的水平恒力使之向右运动,并在与小车碰撞前的瞬间撤去该力,碰撞后小车做振幅为A=0.2m的简谐运动,已知小车做简谐运动周期公式为T=2,弹簧的弹性势能公式为Ep=(x为弹簧的形变量),则

(1)小物块与小车磁撞前瞬间的速度是多大?

(2)小车做简谐运动过程中弹簧最大弹性势能是多少?小车的最大速度为多大?

(3)小物块最终停在距O点多远处?当小物块刚停下时小车左端运动到O点的哪一侧?

答案:(1)设磁撞前瞬间,小物块b的速度为v1,小物块从静止开始运动到刚要与小车发生碰撞的过程中,根据动能定理可知Fs-μmgs=mv1   解得v1=6m/s

(2)由于小车简谐振动的振幅是0.2m,所以弹簧的最大形变量为x=A=0.2m

根据弹性势能的表达式可知最大弹性势能Epm=kA2     解得Epm=4J

根据机械能守恒定律可知小车的最大动能应等于弹簧的最大弹性势能

所以kA2=Mvm2      解得小车的最大速度vm=1m/s

(3)小物块b与小车a磁撞后,小车a的速度为vm,设此时小物块的速度为v1/,设向右为正方向,由动量守恒定律有  mv1=mv/1+Mvm   解得v1/=--2m/s

接着小物块向左匀减速运动一直到停止,设位移是s1,所经历的时间为t1,根据动能定理可知

-μmgs1=0-mv1/2      解得s1=1m

物块作匀减速运动时的加速度为  a==μg=2m/s2    t1=1s

小车a振动的周期T=2s

由于T>t1>T,所以小车a在小物块b停止时在O点的左侧,并向右运动。

 0  311038  311046  311052  311056  311062  311064  311068  311074  311076  311082  311088  311092  311094  311098  311104  311106  311112  311116  311118  311122  311124  311128  311130  311132  311133  311134  311136  311137  311138  311140  311142  311146  311148  311152  311154  311158  311164  311166  311172  311176  311178  311182  311188  311194  311196  311202  311206  311208  311214  311218  311224  311232  447090 

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