(2010•合肥三模)如图所示,质量均为m的物体A、B分别与轻质弹簧的两端相连接,静止在水平地面上.质量也为m的小物体C

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  • 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.

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