气阻力、定滑轮与轻绳间的摩擦,重力加速度为g,弹簧的形变始终在弹性限度内.
(1)用手托住物体B,使两边轻绳和弹簧都处于竖直状态,轻绳恰能拉直且弹簧处于原长,然后无初速度释放物体B,物体B可下落的最大距离为l.求物体B下落过程中,弹簧的最大弹性势能;
(2)用手托住物体B,使两边轻绳和弹簧都处于竖直状态,轻绳中恰好不产生拉力,然后无初速度释放物体B,求物体A的最大速度;
(3)将物体B放在动摩擦因数为μ=3
、倾角为θ=30°的固定斜面上,用手按住,恰2
能使轻绳拉直,且弹簧处于原长,如图所示.若要使物体B下滑距离也为l,则物体B沿斜面向下的初速度至少要多大?
答案:(1)mgl (2)2
mg2 (3)3k5gl 3
解析:(1)根据题意知,物体A、B与弹簧组成的系统机械能守恒 弹簧的最大弹性势能Ep=2mgl-mgl=mgl.
(2)释放前,设弹簧的压缩量为x1,则mg=kx1,解得x1= 当物体A的速度最大时,设弹簧的压缩量为x2,有mg+kx2=2mg 解得x2= 因为x1=x2,所以物体A速度最大时弹簧的弹性势能与释放前的弹性势能相等 12
根据系统机械能守恒定律得2mg(x1+x2)=mg(x1+x2)+·3mv
2解得v=2
mgkmgkmg2
. 3k(3)由(1)知,物体B在斜面上下滑距离为l时,弹簧的弹性势能最大,仍为Ep=mgl 12
由能量守恒定律得·3mv0+2mglsin θ=mgl+2μmglcos θ+Ep
2
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解得v0=5gl. 3
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