Question

【題目】如圖所示，在同一豎直平面內(nèi)，一輕質(zhì)彈簧下端固定在位置E，上端恰好與水平線(xiàn)CD齊平，靜止在傾角為θ=53°的光滑斜面上.一長(zhǎng)為L=1.8m的輕質(zhì)細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)上，另一端系一質(zhì)量為m=1kg量的小球，將細(xì)繩拉至水平，使小球從位置A由靜止釋放，小球到達(dá)最低點(diǎn)B時(shí)，細(xì)繩剛好被拉斷.之后小球恰好沿著斜面方向撞上彈簧上端并將彈簧壓縮，最大壓縮量為x=0.5m取.，求：

（1）細(xì)繩受到的拉力最大值；

（2）M點(diǎn)到水平線(xiàn)CD的高度h；

（3）彈簧所獲得的最大彈性勢(shì)能

Answer 1

【答案】（1）30N（2）3.2m（3）54J

【解析】試題分析：（1）根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出小球在B點(diǎn)的速度，再根據(jù)豎直方向上的合力提供向心力，運(yùn)用牛頓第二定律求出繩子的最大拉力．

（2）球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中恰好沿斜面方向?qū)�彈簧壓縮，知繩子斷裂后，做平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求h．

（3）根據(jù)速度的合成求出A點(diǎn)的速度，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒求出彈簧的最大彈性勢(shì)能．

解：（1）小球由A到B，由機(jī)械能守恒定律得：mgL=mv12，

解得：v1=6m/s，

在B點(diǎn)，由牛頓第二定律得：Tm﹣mg=m，

解得：Tm=30N；

由牛頓第三定律知細(xì)繩所能承受的最大拉力為30N．

（2）由B到C，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，

豎直方向：vy2=2gh，

由tan53°=，

聯(lián)立解得h=3.2m，

（3）小球從A點(diǎn)到將彈簧壓縮至最短的過(guò)程中，小球與彈簧系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，即：

Ep=mg（L+h+xsin 53°）

代入數(shù)據(jù)得：Ep=54J．

答：（1）細(xì)繩受到的拉力的最大值為30 N．

（2）D點(diǎn)到水平線(xiàn)AB的高度h為3.2m．

（3）彈簧所獲得的最大彈性勢(shì)能Ep為54J．