竖直放置的塑料细管中卡有一个塞子A,它与管壁间的最大静摩擦力Ff=1.2N,一个劲度系数为k=10N/m的弹簧将一个质量为m=0.1Kg的小球与塞子连在一起.在弹簧处于自然长度时将小球释放,我们可以认为弹簧从自然长度开始伸长x的过程中平均弹力为=.不计塞子和弹簧的质量,管子的下端足够长,滑动摩擦力等于最大静摩擦力,g=10m/s2.在小球第一次运动到最低点的过程中,下列说法正确的是A.弹簧的最大伸长量为0.1mB.小球的最大速度是1m/sC.塞子的最大速度是1m/sD.塞子在管中滑行的距离为0.24m
网友回答
BD
解析分析:小球第一次运动到最低点的过程可以分为三个阶段.第一个过程是小球向下加速运动,由于弹簧弹力(向上)不断增加,
当弹力等于重力时速度最大,根据动能定理可以计算出小球最大速度,此时弹力小于塞子最大静摩擦力,不能拉动塞子.
第二个过程是小球向下减速运动(弹力大于重力) 当弹力等于1.2N时塞子被拉动.
塞子立刻达到与小球同速(加速不需时间第三个过程是塞子质量不计,加速度无穷大),
此时速度即塞子最大速度,由于塞子小球此时同速,弹簧不再伸长,
整个系统向下做减速运动直至为零.
解答:A、当弹力等于重力时速度最大,此时有;mg=kx
解得:x=0.1m
根据动能定理有:(mg-)x=
解得:v=1m/s
所以小球的最大速度是1m/s,故B正确;
此时弹力小于塞子最大静摩擦力,不能拉动塞子.
小球继续向下减速运动(弹力大于重力) 当弹力等于1.2N时塞子被拉动,此时弹簧处于最大伸长量,
kx′=1.2N
解得:x′=0.12m,故A错误;
C、当弹力等于1.2N时塞子被拉动.塞子立刻达到与小球同速(加速不需时间第三个过程是塞子质量不计,加速度无穷大),
此时速度即塞子最大速度,根据根据动能定理有:(mg-′)x′=
解得:v′=m/s,故C错误;
D、整个系统向下做减速运动直至为零,根据动能定理得:
mgs-Ffs=0-
解得:s=0.24m
故D正确.
故选BD
点评:本题解题的关键是分析情况小球和塞子的运动情况,知道当弹力等于重力时速度最大,能结合动能定理求解,难度适中.