Question

（2009?廣州二模）如圖所示，在豎直方向上A、B兩物體通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連，A放在水平地面上；B、C兩物體通過細(xì)繩繞過輕質(zhì)定滑輪相連，C放在固定的光滑斜面上．用手拿住C，使細(xì)線剛剛拉直但無拉力作用，并保證ab段的細(xì)線豎直、cd段的細(xì)線與斜面平行．已知A、B的質(zhì)量均為m，C的質(zhì)量為4m，重力加速度為g，細(xì)線與滑輪之間的摩擦不計(jì)，開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．釋放C后它沿斜面下滑，A剛離開地面時(shí)，B獲得最大速度．求：
（1）斜面傾角α
（2）B的最大速度v_Bm．

Answer 1

分析：（1）A剛離開地面時(shí)，彈簧的彈力等于A的重力，根據(jù)牛頓第二定律知B的加速度為零，B、C加速度相同，分別對(duì)B、C受力分析，列出平衡方程，求出斜面的傾角．
（2）A、B、C組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，初始位置彈簧處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)B具有最大速度時(shí)，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，根據(jù)受力知，壓縮量與伸長(zhǎng)量相等．在整個(gè)過程中彈性勢(shì)能變化為零，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒求出B的最大速度．

解答：解：（1）A剛離開地面時(shí)，對(duì)A有：kx₂=mg         
此時(shí)B有最大速度，即a_B=a_C=0
則對(duì)B有：T-kx₂-mg=0
對(duì)C有：4mgsinα-T=0               
以上方程聯(lián)立可解得：sinα=

1

2

，α=30°           
（2）初始系統(tǒng)靜止，且線上無拉力，對(duì)B有：kx₁=mg
由上問知x1=x2=

mg

k

，則從釋放至A剛離開地面過程中，彈性勢(shì)能變化量為零；
此過程中A、B、C組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，即：
4mg(x1+x2)sinα=mg(x1+x2)+

1

2

(4m+m)vBm2
以上方程聯(lián)立可解得：vBm=2g

m 5k

．

點(diǎn)評(píng)：本題是力與能的綜合題，關(guān)鍵對(duì)初始位置和末位置正確地受力分析，以及合力選擇研究的過程和研究的對(duì)象，運(yùn)用系統(tǒng)機(jī)械能求解．