【題目】如圖1所示,一光滑桿固定在底座上,構(gòu)成支架,放置在水平地面上,光滑桿沿豎直方向,一輕彈簧套在光滑桿上,彈簧的勁度系數(shù)為k。一套在桿上的圓環(huán)從彈簧上端某處由靜止釋放,接觸彈簧后,將彈簧壓縮,彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)。重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力。取圓環(huán)剛接觸彈簧時(shí)的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,取豎直向下為正方向,建立x軸。

(1)在圓環(huán)壓縮彈簧的過程中,圓環(huán)的加速度為a,位移為x,在圖2中定性畫出a隨x變化關(guān)系的圖象;

(2)結(jié)合(1)中圖象所圍“面積”的物理意義,論證當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的加速度大小大于重力加速度大小;

(3)我們知道,以圓環(huán)、地球、彈簧組成的系統(tǒng),動(dòng)能、彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能的總和保持不變。如果把彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能的和稱為系統(tǒng)的勢(shì)能,并規(guī)定圓環(huán)處在平衡位置(此處圓環(huán)重力與彈簧彈力相等)時(shí)系統(tǒng)的勢(shì)能為零,請(qǐng)根據(jù)“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”,求圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到平衡位置下方距平衡位置距離為d時(shí)系統(tǒng)的勢(shì)能。

【答案】①如圖所示:

kd2

【解析】①由牛頓第二定律:

所以

a與x關(guān)系圖像如下圖所示

②設(shè)最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的加速度大小為ax,加速度為零的點(diǎn)速度為vm,物體與彈簧剛接觸時(shí)加速度為v0, 位移速度關(guān)系, ,由題意知a-x圖像中面積的意義如下:

a軸正半軸對(duì)應(yīng)面積大小為:

a軸負(fù)半軸對(duì)應(yīng)面積大小為:

因?yàn)镾1<S2,所以ax>g

③設(shè)在平衡位置時(shí)彈簧的壓縮量為x0,所以kx0=mg

,

所以距平衡位置為d的位置系統(tǒng)勢(shì)能為:

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個(gè)活塞.已知大活塞的質(zhì)量為m1=2.50 kg,橫截面積為S1=80.0 cm2;小活塞的質(zhì)量為m2=1.50 kg,橫截面積為S2=40.0 cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0 cm;汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p=1.00×105 Pa,溫度為T=303 K.初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495 K.現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移.忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10 m/s2.求:

(1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度;

(2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí),缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng).

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,光滑水平直軌道上有3個(gè)質(zhì)量均為m的物塊A、B、C,B的左側(cè)固定一輕彈簧(彈簧左側(cè)的擋板質(zhì)量不計(jì)).設(shè)A以速度v0B運(yùn)動(dòng),壓縮彈簧;當(dāng)A、B速度相等時(shí),BC恰好相碰并粘接在一起,然后繼續(xù)運(yùn)動(dòng).假設(shè)BC碰撞過程時(shí)間極短.:

(1)BC碰撞瞬間損失的機(jī)械能;

(2)彈簧被壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,質(zhì)量M= 4 kg的滑板B靜止放在光滑水平面上,滑板右端固定一根輕質(zhì)彈簧,彈簧的自由端C到滑板左端的距離L =0.5 m,可視為質(zhì)點(diǎn)的小木塊A質(zhì)量m = 1 kg,原來靜止于滑板的左端,滑板與木塊A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2.用水平恒力向左拉滑板B,F(xiàn)= 14 N, 作用時(shí)間t后撤去F,這時(shí)木塊A恰好到達(dá)彈簧自由端C處,此后運(yùn)動(dòng)過程中彈簧的最大壓縮量為x=5cm. g取10 m/s2.求:

(1)水平恒力F的作用時(shí)間

(2)木塊A壓縮彈簧過程中彈簧的最大彈性勢(shì)能;

(3)當(dāng)小木塊A脫離彈簧且系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示是一列簡(jiǎn)諧波在t=0時(shí)的波形圖,介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)P沿y軸方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng), 其位移隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式為y=10sin 5πt(cm).關(guān)于這列簡(jiǎn)諧波及質(zhì)點(diǎn)P的振動(dòng),下列說法中正確的是( )

A.質(zhì)點(diǎn)P的周期為0.4 s

B.質(zhì)點(diǎn)P的位移方向和速度方向始終相反

C.這列簡(jiǎn)諧波的振幅為20 cm

D.這列簡(jiǎn)諧波沿x軸正向傳播

E.這列簡(jiǎn)諧波在該介質(zhì)中的傳播速度為10 m/s

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,細(xì)線的一端固定于O點(diǎn),另一端系一小球,在水平拉力F作用下,小球以恒定速率在豎直平面內(nèi)由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中(  。

A. 小球的機(jī)械能保持不變

B. 小球受的合力對(duì)小球不做功

C. 水平拉力F的瞬時(shí)功率逐漸減小

D. 小球克服重力做功的瞬時(shí)功率逐漸增大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,羽毛球筒的A端封閉、B端開口,某同學(xué)欲從B端取出筒內(nèi)的位于A端的羽毛球,他將球筒舉到距離桌面H=40cm處,手握球筒讓其快速豎直向下加速運(yùn)動(dòng),該過程可看作是由靜止開始的勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)t=0.20s后球筒撞到桌面并立即停止,羽毛球則相對(duì)球筒繼續(xù)向下滑動(dòng),當(dāng)羽毛球的球托C滑到B端時(shí)恰好停止。若球筒總長(zhǎng)L=39cm,羽毛球的長(zhǎng)度d=7cm,設(shè)羽毛球相對(duì)球筒滑動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力和空氣阻力均恒定,重力加速度g=l0m/s2。求:

(1)球筒撞擊到桌面前瞬間的速度大;

(2)羽毛球相對(duì)球筒滑動(dòng)時(shí)所受的總阻力大小與其重力大小的比值。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,M為水平放置的橡膠圓盤,在其外側(cè)面均勻地帶有負(fù)電荷.在M正上方用絲線懸掛一個(gè)閉合鋁環(huán)N,鋁環(huán)也處于水平面中,且M盤和N環(huán)的中心在同一條豎直線O1O2上.現(xiàn)讓橡膠圓盤由靜止開始繞O1O2軸按圖示方向逆時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說法正確的是( )

A. 鋁環(huán)N對(duì)橡膠圓盤M的作用力方向豎直向下

B. 鋁環(huán)N對(duì)橡膠圓盤M的作用力方向豎直向上

C. 鋁環(huán)N有擴(kuò)大的趨勢(shì),絲線對(duì)它的拉力增大

D. 鋁環(huán)N有縮小的趨勢(shì),絲線對(duì)它的拉力減小

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