Question

（20分）如圖所示，質(zhì)量均為的物體分別于輕質(zhì)彈簧的兩端栓接，將它們放在傾角為=30°的光滑斜面上，靜止時彈簧的形變量為x0．斜面底端有固定擋板D，物體C靠在擋板D上．將質(zhì)量也為m的物體A從斜面上的某點由靜止釋放，與B相碰．已知重力加速度為g，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，不計空氣阻力．求：

（1）彈簧的勁度系數(shù)；

（2）若A與B相碰后粘連在一起開始做簡諧運動，且A與B第一次運動達(dá)到最高點時，C對擋板D的壓力恰好為0，求此簡諧運動的振幅；

（3）若將A從另一位置由靜止釋放，A與B相碰后不粘連，但仍立即一起運動，且當(dāng)B第一次運動到最高點時，C對擋板D的壓力也恰好為零．已知A與B相碰后彈簧第一次恢復(fù)原長時B的速度大小為，求相碰后A第一次運動達(dá)到的最高點與開始靜止釋放點之間的距離．

 

Answer 1

（1）（2）3x0（3）6.5x0

【解析】

試題分析：（1）對B，由平衡條件，有：

解得：

（2）設(shè)A與B一起做簡諧運動在平衡位置時彈簧的壓縮量為x1

則有：

設(shè)A與B第一次運動到最高點彈簧的伸長量為x2

則由題意有：

所以此簡諧運動的振幅A=x1+x2

解得：A=3x0

（3） 設(shè)物體A釋放時A與B之間距離為x，A與B相碰前物體A速度的大小為v1

則有：

設(shè)A與B相碰后兩物體共同速度的大小為v2，對A與B發(fā)生碰撞的過程，有 mv1=2mv2

物體B靜止時彈簧的形變量為x0，設(shè)彈性勢能為EP，從A、B開始壓縮彈簧到彈簧第一次恢復(fù)原長的過程，有

當(dāng)彈簧第一次恢復(fù)原長時A、B恰好分離，設(shè)分離后物體A還能沿斜面上升的距離為x3。對物體A，從與B分離到最高點的過程，有

對物體B、C和彈簧所組成的系統(tǒng)，物體B運動到最高點時速度為0，物體C恰好離開擋板D，此時彈簧的伸長量也為x0，彈簧的彈性勢能也為EP。從A、B分離到B運動到最高點的過程，有

物體A第一次運動達(dá)到的最高點與開始靜止釋放點之間的距離

聯(lián)立以上各式解得：d=6.5x0

考點：能量守恒定律；胡克定律及物體的平衡。