如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上端系有一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,彈簧下端連一個(gè)質(zhì)量為m的小球,球被一垂直于斜面的擋板A擋住,此時(shí)彈簧沒有形變.若擋板A以加速度a (a<gsinθ)沿斜面向下勻加速運(yùn)動(dòng),問:
(1)小球向下運(yùn)動(dòng)多少距離時(shí)速度最大?
(2)從開始運(yùn)動(dòng)到小球與擋板分離所經(jīng)歷的時(shí)間為多少?
(1)xm=
(2)t=
(1)球和擋板分離后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)加速度為零時(shí),速度最大,此時(shí)物體所受合力為零.
即kxm=mgsinθ, (2分)
解得xm=. (1分)
(2)設(shè)球與擋板分離時(shí)位移為s,經(jīng)歷的時(shí)間為t,從開始運(yùn)動(dòng)到分離的過程中,m受豎直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的擋板支持力F1和彈簧彈力F.
據(jù)牛頓第二定律有mgsinθ-F-F1=ma, (1分)
F=kx. (1分)
隨著x的增大,F增大,F1減小,保持a不變,當(dāng)m與擋板分離時(shí),x增大到等于s,F1減小到零,則有: mgsinθ-ks=ma, (1分)
又: s=at2 (1分)
聯(lián)立解得:mgsinθ-k·at2=ma,
t=. (1分)
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