如图所示,固定斜面的倾角θ=30°,物体A与斜面之间的动摩擦因数为μ=,轻弹簧下端固定在斜面底端,弹簧处于原长时上端位于C点.用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B,滑轮右侧绳子与斜面平行,A的质量为4kg,B的质量为2kg,初始时物体A到C点的距离为L=1m.现给A、B一初速度v0=3m/s使A开始沿斜面向下运动,B向上运动,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点.已知重力加速度为g=10m/s2,不计空气阻力,整个过程中,轻绳始终处于伸直状态,求此过程中:
(1)物体A沿斜面向下运动时的加速度大小;
(2)物体A向下运动刚到C点时的速度大小;
(3)弹簧的最大压缩量和弹簧中的最大弹性势能.
网友回答
解:(1)物体A沿斜面向下运动时,B向上做运动,两者加速度大小相等,以AB整体为研究对象,根据牛顿第二定律得
?? a=
代入解得? a=-2.5m/s2.
(2)由v2-=2aL得 v==2m/s
(3)设弹簧的最大压缩量为x.物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点,整个过程中,弹簧的弹力和重力对A做功均为零.设A的质量为2m,B的质量为m,根据动能定理得
-μ?2mgcosθ?2x=0-
得 x=0.4m
弹簧从压缩最短到恰好能弹到C点的过程中,对系统根据能量关系有
?? Ep+mgx=2mgxsinθ
因为mgx=2mgxsin?θ
所以Ep=fx=mv2-μmgL=6J
答:(1)物体A沿斜面向下运动时的加速度大小是2.5m/s2;
(2)物体A向下运动刚到C点时的速度大小是2m/s;
(3)弹簧的最大压缩量是0.4m,弹簧中的最大弹性势能是6J.
解析分析:(1)物体A沿斜面向下运动时,B向上运动,两者加速度大小相等,以AB整体为研究对象,根据牛顿第二定律求出物体A沿斜面向下运动时的加速度大小.
(2)由公式v2-=2aL可求出物体A向下运动刚到C点时的速度大小.
(3)由题,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点,整个过程中,弹簧的弹力和重力对A做功均为零,A向下运动的最大位移大小等于弹簧的最大压缩量,根据动能定理求解弹簧的最大压缩量.弹簧从压缩最短到恰好能弹到C点的过程中,对系统根据能量关系求解弹簧中的最大弹性势能.
点评:本题是连接体问题,抓住两物体的加速度大小相等,运用整体法求出加速度.根据动能定理求出弹簧的最大压缩量.