如图所示,质量为M的长滑块静止在光滑水平面上,左端固定一劲度系数为k且足够长的水平轻质弹簧,右侧用一不可伸长的细绳连接于竖直墙上,细绳子能承受的最大拉力为FT,使一质

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 机械能守恒定律/2022-11-10 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,质量为M的长滑块静止在光滑水平面上,左端固定一劲度系数为k且足够长的水平轻质弹簧,右侧用一不可伸长的细绳连接于竖直墙上,细绳子能承受的最大拉力为FT,使一质量为m、初速度为V0的小物体,在滑块上无摩擦地向左滑动而后压缩弹簧,弹簧的弹性势能表达式为EP=
1
2
kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量).
(1)要使细绳被拉断,初速度V0应满足什么条件?
(2)长滑块在细绳被拉断后,所获得的最大加速度为多大?
(3)小物体最后离开滑块时,相对地面速度恰好为零的条件是什么?
魔方格

◎ 答案

(1)设弹簧压缩量为x1时,绳被拉断,即
kx1=FT                   ①
压缩弹簧过程动能转化为弹性势能,依题意有
1
2
k
x21
1
2
m
v20
           ②
联立解得:v0
FT

km
      ③
(2)设绳被拉断瞬时,小物体的速度为V1,有
1
2
k
x21
+
1
2
m
v21
=
1
2
m
v20
     ④
绳断后长滑块加速,小物体减速,当两者速度相等时,弹簧压缩量最大为x2,长滑块有向左的最大加速度am,此过程动量守恒,有:
mv1=(M+m)v2               ⑤
根据机械能守恒,有:
1
2
k
x22
+
1
2
(M+m)
v22
=
1
2
k
x21
+
1
2
m
v21
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