题文
如图所示,A、B、C是三个完全相同的物块,质量均为m,其中物块A、B用轻弹簧相连,将它们竖直放在水平地面上处于静止状态,此时弹簧的压缩量为x0.已知重力加速度为g,物块的厚度及空气阻力均可忽略不计,且在下面所述的各过程中弹簧形变始终在弹性限度内.
(1)若用力将物块A竖直向上缓慢提起,使物块B恰好能离开水平地面,求此过程中物块A被提起的高度.
(2)如果使物块C从距物块A高3x0处自由落下,C与A相碰后,立即与A粘在一起不再分开,它们运动到最低点后又向上弹起,物块A刚好能回到使弹簧恢复为原长的位置.求C与A相碰前弹簧的弹性势能大小.
(3)如果将物块C从距物块A上方某处由静止释放,C与A相碰后立即一起向下运动但并不粘连.此后物块A、C在弹起过程中分离,其中物块C运动到最高点时被某装置接收,而物块A刚好能在物块B不离开地面的情况下做简谐运动.求物块C的释放位置与接收位置间的距离.
题型:未知 难度:其他题型
答案
(1)设弹簧劲度系数为k,物块A、B用轻弹簧相连,竖直放置时,弹簧的压缩量为x0=mgk.
将物块A竖直向上缓慢提起,使物块B恰好能离开水平地面时,
弹簧伸长x1=mgk 则物块A被提起的高度L=x0+x1=2x0
(2)设C自由落下到与A相碰前的速度为v1,由机械能守恒定律,得
mg•3x0=12mv21
设C与A碰撞后一起向下运动的初速度为v2,根据动量守恒定律,得
mv1=2mv2
设C与A相碰前弹簧的弹性势能为EP,物块A、C运动到最低点后又向上反弹,刚好能使弹簧恢复到原长的过程中,对A、C和弹簧组成的系统机械能守恒得
有122mv22+EP=2mgx0
联立解
EP=12mgx0
(3)设物块C距物块A的高度差为h0,与物块A碰撞前速度为v3,由机械能守恒定律得
mgh0=12mv23
设C与A相碰后一起向下运动的初速度为v4,根据动量守恒定律有
mv3 =2mv4
物块A、C一起向下压缩弹簧后向弹起,到达弹簧原长时,C与A分离.设分离时速度为v5,对此过程由机械能守恒定律,得
122mv24+EP=2mgx0+122mv23
之后,物块C向上做匀减速运动,设上升的高度为h,则根据机械能守恒定律有
12mv25=mgh 解得h=v252g
因物块A刚好能在物块B不离开地面的情况下做简谐运动,结合第(1)问可知,物块A运动到最高点时,弹簧形变量为x0,故物块A运动到最高点时弹簧的弹性势能与物块A处于静止状态弹簧的弹性势能相等.
对物块A从弹簧恢复原长位置运动到最高点过程中,由机械能守恒定律有
12mv25=mgx0+EP
联立以上各式,解得h0=9x0,h=1.5x0
由几何关系可知,物块C的释放位置与接收位置间的距离
△h=h0-x0-h=6.5x0
解析
mgk
考点
据考高分专家说,试题“如图所示,A、B、C是三个完全相同的物块.....”主要考查你对 [滑动摩擦力、动摩擦因数 ]考点的理解。
滑动摩擦力、动摩擦因数
滑动摩擦力的概念:
当一个物体在另一个物体的表面上相对运动时,受到的阻碍相对运动的力,叫滑动摩擦力。
滑动摩擦力产生条件:
①接触面粗糙;
②相互接触的物体间有弹力;
③接触面间有相对运动。
说明:三个条件缺一不可,特别要注意“相对”的理解。
滑动摩擦力的方向:
总跟接触面相切,并与相对运动方向相反。 “与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”。滑动摩擦力方向可能与运动方向相同,可能与运动方向相反,可能与运动方向成一夹角。
滑动摩擦力的大小:
滑动摩擦力跟压力成正比,也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。公式:F=μFN (F表示滑动摩擦力大小,FN表示正压力的大小,μ叫动摩擦因数)。
①FN表示两物体表面间的压力,性质上属于弹力,不是重力,更多的情况需结合运动情况与平衡条件加以确定;
②μ与接触面的材料、接触面的情况有关,无单位,而且永远小于1;
③滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关。
滑动摩擦力的作用效果:
总是阻碍物体间的相对运动,但并不总是阻碍物体的运动,可能是动力,也可能是阻力。
摩擦力大小的计算方法:





