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如图所示,质量分别为m、2m的物体a、b通过轻绳和不计摩擦的定滑轮相连,均处于静止状态。a与水平面上固定的劲度系数为k的轻质弹簧相栓连,Q点有一挡板,若有物体与其垂直相撞会以原速率弹回,现剪断a、b间的绳子,a开始上下往复运动。b的正下方有一高度可忽略不计
如图所示,质量分别为m、2m的物体a、b通过轻绳和不计摩擦的定滑轮相连,均处于静止状态。a与水平面上固定的劲度系数为k的轻质弹簧相栓连,Q点有一挡板,若有物体与其垂直相撞会以原速率弹回,现剪断a、b间的绳子,a开始上下往复运动。b的正下方有一高度可忽略不计
admin
2017-12-18
55
问题
如图所示,质量分别为m、2m的物体a、b通过轻绳和不计摩擦的定滑轮相连,均处于静止状态。a与水平面上固定的劲度系数为k的轻质弹簧相栓连,Q点有一挡板,若有物体与其垂直相撞会以原速率弹回,现剪断a、b间的绳子,a开始上下往复运动。b的正下方有一高度可忽略不计的弧形挡板,能够使得b下落至P点时以原速率水平向右运动,当b静止时,a恰好首次到达最低点,已知PQ长s
0
,重力加速度为g。b距P高h,且仅经过P点一次,b滑动时动摩擦因数μ,a、b均可看作质点,弹簧在弹性限度范围内,试求:
物体a的最大速度及物体a第一次运动到最低点所需的时间;
选项
答案
没有剪断绳子前,对a,由平衡条件得:2mg=mg+kx
1
(此时弹簧拉伸), 剪断绳子后,当弹簧弹力与a的重力相等时a的速度最大,由平衡条件得:mg=kx
2
(此时弹簧压缩),解得:x
1
=x
2
=mg/k。 通过分析可知,物体a的初始位置与速度最大位置弹簧的弹性势能E相等,对a及弹簧组成的系统,由机械能守恒定律得:E
p
+mg(x
1
+x
2
)=E
p
+[*]mv
2
, 解得,最大速度:v=2g[*] 剪断绳子后,a与弹簧构成的系统机械能守恒,故a做简谐运动,周期:T=2π[*] 物体a第一次运动到最低点所需要的时间:t=T/2=π[*]
解析
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