Question

【題目】如圖所示，一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L的木板A靜止在光滑水平面上，其左側(cè)固定一勁度系數(shù)為k的水平輕質(zhì)彈簧，彈簧原長(zhǎng)為l0，右側(cè)用一不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩連接于豎直墻上�，F(xiàn)使一可視為質(zhì)點(diǎn)小物塊B以初速度v0從木板的右端無(wú)摩擦地向左滑動(dòng)，而后壓縮彈簧。設(shè)B的質(zhì)量為λm，當(dāng)時(shí)細(xì)繩恰好被拉斷。已知彈簧彈性勢(shì)能的表達(dá)式，其中k為勁度系數(shù)，x為彈簧的壓縮量。求：

（1）細(xì)繩所能承受的最大拉力的大小Fm

（2）當(dāng)時(shí)，小物塊B滑離木板A時(shí)木板運(yùn)動(dòng)位移的大小sA

（3）當(dāng)λ＝2時(shí)，求細(xì)繩被拉斷后長(zhǎng)木板的最大加速度am的大小

（4）為保證小物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度方向不發(fā)生變化，λ應(yīng)滿足的條件

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）（4）

【解析】

試題分析：⑴細(xì)繩恰好被拉斷時(shí)，B的速度為0，細(xì)繩拉力為Fm，設(shè)此時(shí)彈簧的壓縮量為x0，則有：

由能量關(guān)系，有：

解得：

⑵細(xì)繩拉斷后小物塊和長(zhǎng)木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有：

則小物塊滑離木板時(shí)木板二者的位移關(guān)系為：

又

解得：

⑶當(dāng)時(shí)設(shè)細(xì)繩被拉斷瞬間小物塊速度大小為v1，則有：

細(xì)繩拉斷后，小物塊和長(zhǎng)木板之間通過(guò)彈簧的彈力發(fā)生相互作用，當(dāng)彈簧被壓縮至最短時(shí)，長(zhǎng)木板的加速度最大，此時(shí)小物塊和長(zhǎng)木板的速度相同，設(shè)其大小為v，彈簧壓縮量為x，則由動(dòng)量守恒和能量守恒有：

對(duì)長(zhǎng)木板，有：

解得：

⑷由題意，時(shí)，細(xì)繩不會(huì)被拉斷，木板保持靜止，小物塊向左運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧后必將反向運(yùn)動(dòng)。

，小物塊向左運(yùn)動(dòng)將彈簧壓縮x0后細(xì)繩被拉斷，設(shè)此時(shí)小物塊速度大小為u1

由能量關(guān)系，有：

此后在彈簧彈力作用下小物塊做減速運(yùn)動(dòng)。設(shè)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小物塊速度恰減小為零，此時(shí)木板的速度為u2，則有：

解得：

所以為保證小物塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度方向不發(fā)生變化，λ應(yīng)滿足的條件為：