Question

【題目】如圖所示，在傾角為θ = 30o 的光滑斜面的底端有一個(gè)固定擋板D，小物體C靠在擋板D上，小物體B與C用輕質(zhì)彈簧拴接。當(dāng)彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)，B在O點(diǎn)；當(dāng)B靜止時(shí)，B在M點(diǎn)， 已知OM = l。在P點(diǎn)還有一小物體A，使A從靜止開(kāi)始下滑，A、B相碰后一起壓縮彈簧。A第一次脫離B后最高能上升到N點(diǎn)，且ON = 1.5l。B向上運(yùn)動(dòng)時(shí)還會(huì)拉伸彈簧，能使C物體剛好能脫離擋板D。已知A、B、C的質(zhì)量都是m，重力加速度為g。已知彈性勢(shì)能與形變量大小有關(guān)。試求：

(1)彈簧的勁度系數(shù)；

(2)彈簧第一次恢復(fù)到原長(zhǎng)時(shí)小物體B的速度大小；

(3)M、P兩點(diǎn)之間的距離。

Answer 1

【答案】

【解析】

根據(jù)題意已經(jīng)知道B物體平衡時(shí)彈簧的形變量，對(duì)B進(jìn)行受力分析，由共點(diǎn)力平衡條件求出彈力，利用胡克定律得到彈簧的勁度系數(shù)；A與B分離的臨界條件即彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的瞬間，利用機(jī)械能守恒求出B物體的速度；綜合分析A與B碰撞前、碰撞后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，找到他們遵守的物理定律即動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒，列出方程求解．并且知道C剛剛脫離擋板的條件是彈簧的拉力與C物體沿斜面的分力相等；

解：(1)B靜止時(shí)，受力如圖所示，

根據(jù)物體平衡條件得：

彈簧的勁度系數(shù)：

(2)當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)A、B恰好分離，設(shè)此時(shí)A、B速度的大小為v3，對(duì)A物體，從A、B分離到A速度變?yōu)?/span>0的過(guò)程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得：

此過(guò)程中A物體上升的高度：

得：

(3)設(shè)A與B相碰前速度的大小為v1，A與B相碰后速度的大小為v2，M、P之間距離為x，對(duì)A物體，從開(kāi)始下滑到A、B相碰的過(guò)程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得：

A與B發(fā)生碰撞，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得：

設(shè)B靜止時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為EP，從A、B開(kāi)始?jí)嚎s彈簧到彈簧第一次恢復(fù)原長(zhǎng)的過(guò)程，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得：

B物體的速度變?yōu)?/span>0時(shí)，C物體恰好離開(kāi)擋板D，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量也為l，彈簧的彈性勢(shì)能也為EP

對(duì)B物體和彈簧，從A、B分離到B速度變?yōu)?/span>0的過(guò)程，由機(jī)械能守恒定律得：

解得M、P兩點(diǎn)之間的距離：