解题思路:(1)根据动能定理求出物体C与物体A相碰前的速度,再根据动量守恒定律求出A、C一起向下运动的速度大小.
(2)A与C一起将在竖直方向上做简谐运动.当A与C运动到最高点时,回复力最大,加速度最大,对B分析,求出此时弹簧的弹力大小,再对AC分析,运用牛顿第二定律求出最大加速度大小.
(3)开始A处于平衡状态时弹簧的压缩量与AC上升到最高点时弹簧的伸长量相等,则弹性势能相等,抓住两个位置系统机械能守恒,求出弹簧的形变量,从而根据胡克定律求出劲度系数.
(1)设小物体C从静止开始运动到A点时的速度为v,由机械能守恒定律有:
mgh=[1/2mv2
设C与A碰撞粘在一起的速度为v′,由动量守恒定律得:
mv=(m+m)v′,
解得:v′=
1
2
2gh].
(2)A与C一起将在竖直方向上做简谐运动.当A与C运动到最高点时,回复力最大,加速度最大,
AC、B受力如图.
B受力平衡有:F=mg
对AC运用牛顿第二定律:F+2mg=2ma
解得:a=1.5g.
(3)设弹簧的劲度系数为k
开始时A处于平衡状态,设弹簧的压缩形变量为△x
对A有:k△x=mg…①
当A与C运动到最高时,设弹簧的拉伸形变量为△x″
对B有:k△x″=mg…②
由以上两式得:△x=△x″
因此,在这两个位置时弹簧的弹性势能相等:
对A、C,从原平衡位置到最高点,根据机械能守恒定律有:
E弹+
1
2(m+m)v′2=2mg(△x+△x″)+E弹′…③
联立各式解得:k=
8mg
h
答:(1)A和C一起开始向下运动时的速度大小是
1
2
2gh;
(2)A与C一起运动的最大加速度大小为1.5g.
(3)弹簧的劲度系数为[8mg/h].
点评:
本题考点: 动能定理的应用;共点力平衡的条件及其应用;牛顿第二定律;机械能守恒定律.
考点点评: 本题的过程较复杂,关键是理清过程,正确地受力分析,运用动能定理、动量守恒定律和机械能守恒定律进行求解.