(20分)一同学利用手边的两个完全相同的质量为m的物块和两个完全相同、劲度系数未知的轻质弹簧,做了如下的探究活动。已知重力加速度为g,不计空气阻力。(1)取一个轻质弹簧,

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

(20分)一同学利用手边的两个完全相同的质量为m的物块和两个完全相同、劲度系数未知的轻质弹簧,做了如下的探究活动。已知重力加速度为g,不计空气阻力。
(1)取一个轻质弹簧,弹簧的下端固定在地面上,弹簧的上端与物块A连接,物块B叠放在A上,A、B处于静止状态,如图所示。若A、B粘连在一起,用一竖直向上的拉力缓慢提升B,当拉力的大小为时,A物块上升的高度为L;若A、B不粘连,用一竖直向上的恒力作用在B上,当A物块上升的高度也为L时,A、B恰好分离。求:

a.弹簧的劲度系数
b.恒力的大小;
(2)如图所示,将弹簧1上端与物块A拴接,下端压在桌面上(不拴接),弹簧2两端分别与物块A、B拴接,整个系统处于平衡状态。现施力将物块B缓缓地竖直上提,直到弹簧1的下端刚好脱离桌面。求在此过程中该拉力所做的功?(已知弹簧具有的弹性势能为,k为弹簧的劲度系数,Δx为弹簧的形变量)

◎ 答案

(1)a,b,   (2) 

◎ 解析


试题分析:(1)a.设弹簧自然长度为,没有作用力时,物块A、B压在弹簧上,弹簧的长度为

用力F1向上缓慢提起物块B,当力时,弹簧的长度为

物块上升的高度 
解得
b. 在恒力F和弹簧的弹力作用下,A、B一起向上做加速运动,随弹簧压缩量减小,弹簧的弹力减小,一起向上的加速度逐渐减小。在此过程中A、B间的压力也减小,一直到 A、B刚分离时,A、B间相互作用的弹力恰为0。A物块受重力和弹簧的弹力,它的加速度为

此时B受重力和恒力F其加速度为

且刚分离时应有    
由以上方程解得        
(2)如图所示,开始时物块B受重力和弹簧2的弹力处于平衡状态,设为弹簧2此状态下的压缩量,有


可得
可将物块A、B(包括轻弹簧2)看成一个整体,受重力和弹簧1的弹力处于平衡状态,设弹簧1此时压缩量为,有
可得
施力将物块B缓慢上提,弹簧2的长度增大,物块A也向上移动,弹簧1的长度也增大,直到弹簧1的下端刚好脱离桌面,弹簧1与桌面间的作用力为0,弹簧1处于自然长度。此时两物体仍都处于平衡状态。设为弹簧2此状态下的伸长量,对于物块A此时受重力mg和弹簧2对物块A向上的拉力,有
,可得
在此过程中物块A向上移动的总距离为:
物块B与物块A间的弹簧2长度由压缩状态变为伸长状态,L0为弹簧2的自然长度。由此可见物块A与物块B间的距离增加了,但物块A向上移动了的距离,故物块B向上移动的总距离为
物块A的重力势能增加量为
物块B的重力势能增加量为
弹簧1由压缩状态到自然长度,弹性势能减小量为
弹簧2由压缩Δx2
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