如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上端系着一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧的下端连有一质量为m的小球.球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变.若手持挡板A以加速度α(

发布时间:2020-08-05 04:04:40

如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上端系着一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧的下端连有一质量为m的小球.球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变.若手持挡板A以加速度α(α<<gsinθ)沿斜面向下做匀加速运动.
求:(1)从挡板开始运动到球与挡板分离所经历的时间t
(2)从挡板开始运动到小球的速度达到最大,球所经过的路程.

网友回答

解:(1)设球与挡板分离时位移为s,经历的时间为t,
从开始运动到分离的过程中,m受竖直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的挡板支持力F1和弹簧弹力F.
根据牛顿第二定律有 mgsinθ-F-F1=ma,
??? F=kx.
随着x的增大,F增大,F1减小,保持a不变,
当m与挡板分离时,F1减小到零,则有:
mgsinθ-kx=ma,
又x=at2
联立解得 mgsinθ-k?at2=ma,
所以经历的时间为 t=.
(2)球和挡板分离后做加速度减小的加速运动,当加速度为零时,速度最大,此时物体所受合力为零.
即 kxm=mgsinθ,
解得 xm=.
所以速度最大时运动的路程为.
答:(1)从挡板开始运动到球与挡板分离所经历的时间t是.
(2)从挡板开始运动到小球的速度达到最大,球所经过的路程是.
解析分析:(1)从开始运动到小球与挡板分离的过程中,挡板A始终以加速度a匀加速运动,小球与挡板刚分离时,相互间的弹力为零,由牛顿第二定律和胡克定律结合求得小球的位移,由挡板运动的位移可以求得物体运动的时间.
(2)对球受力分析可知,当球受力平衡时,速度最大,此时弹簧的弹力与物体重力沿斜面的分力相等,由胡克定律和平衡条件即可求得路程.

点评:在挡板运动的过程中,挡板对球的支持力的大小是在不断减小的,从而可以使球和挡板一起以恒定的加速度运动,在运动的过程中物体的受力在变化,但是物体的运动状态不变,从而可以求得物体运动的位移和运动的时间.
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