Question

如圖2-2-8所示，勁度系數(shù)為k₁的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m₁、m₂的物塊1、2拴接，勁度系數(shù)為k₂的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接，下端壓在桌面上不拴接，整個(gè)系統(tǒng)處于豎直平衡狀態(tài).現(xiàn)施力將物塊1緩慢豎直上提，直到下面那個(gè)彈簧的下端剛脫離桌面，在此過(guò)程中，物塊2的重力勢(shì)能增加了________，物塊1的重力勢(shì)能增加了________.

圖2-2-8

Answer 1

解析：要求出兩物塊在題述過(guò)程中重力勢(shì)能的增加量，關(guān)鍵是確定兩物塊高度的變化.

未對(duì)物塊1施力前，整個(gè)系統(tǒng)處于豎直平衡狀態(tài).對(duì)物塊1進(jìn)行受力分析且應(yīng)用平衡條件和胡克定律可求得彈簧k₁的壓縮量為x₁=m₁g/k₁

    對(duì)物塊1和2整體分析同理可得彈簧k₂的壓縮量為x₂=(m₁+m₂)g/k₂

現(xiàn)施力將物塊1緩慢豎直上提，直到彈簧k₂的下端剛脫離桌面，則在此過(guò)程中，彈簧k₂的壓

    縮狀態(tài)逐漸恢復(fù)至原長(zhǎng)，彈簧k₁先由壓縮狀態(tài)逐漸恢復(fù)至原長(zhǎng)，接著因m₂重力的作用又逐漸伸長(zhǎng)，對(duì)此時(shí)的物塊2研究分析可求得彈簧k₁的伸長(zhǎng)量為

x₁′=m₂g/k₁

則整個(gè)過(guò)程中物塊1上升的高度為

h₁=x₁+x₂+x′=(m₁+m₂)g()

物塊2上升的高度為h₂=x₂=(m₁+m₂)g/k₂

所以物塊2的重力勢(shì)能增加了

ΔE_p2=m₂gh₂=m₂(m₁+m₂)g²/k₂

物塊1的重力勢(shì)能增加了

ΔE_p1=m₁gh₁=m₁(m₁+m₂)g²()

答案：m₂(m₁+m₂)g²/k₂      m₁(m₁+m₂)g²()