Question

【题目】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，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弹簧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2m=4kg，B的质量为m=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向下运动刚到C点时的速度大小；

（2）弹簧的最大压缩量；

（3）弹簧中的最大弹性势能．

Answer 1

【答案】（1）2m/s（2）0.4m（3）6J

【解析】试题分析：物体A向下运动到C点的过程中，A的重力势能及AB的动能都减小，转化为B的重力势能和摩擦生热，根据能量守恒定律列式求出物体A向下运动刚到C点时的速度；从物体A接触弹簧到将弹簧压缩到最短后回到C点的过程中，弹簧的弹力和重力做功都为零，根据动能定理求出弹簧的最大压缩量；弹簧从压缩最短到恰好能弹到C点的过程中，根据能量守恒定律求解弹簧中的最大弹性势能．

（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：

代入解得：．

由得

（2）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．根据动能定理得：

代入数据解得

（3）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：

因为

所以