解题思路:(1)开始A、B静止时,把AB看成一个整体,根据平衡条件即可求解挡板P对物块A的作用力大小;
(2)初始状态弹簧处于压缩状态,形变量为 x1,物块A对挡板P的压力恰为零,但不会离开P,此时A、B、C连同弹簧组成的系统共同瞬间静止,A所受电场力与弹簧的弹力大小相等,方向相反,可求弹簧的伸长量x2,两者之和也就是C物体的下降距离,此过程中C重力是能的减少量恰等于弹簧弹性势能与B电势能的增量之和.
(3)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,弹簧的伸长量仍为x2,但此时A物体静止但B、C两物体的速度相等且不为零,此过程中C物体重力势能减少量等于B物体机械能和电势能的增量、弹簧弹簧弹性势能增量及系统动能的增量之和.
(1)开始A、B静止时,AB受力平衡,水平方向有:
N=E(QA+QB)
(2)开始时弹簧形变量为x1,
由平衡条件:kx1=EQB 得:x1=
EQB
k…①
设当A刚离开档板时弹簧的形变量为x2:
由:kx2=EQA得:x2=
EQA
k…②
故C下降的最大距离为:h=x1+x2…③
由①~③式可解得h=[E/k](QA+QB)…④
(3)由能量守恒定律可知:C下落h过程中,C重力势能的减少量等于B的电势能的增量和弹簧弹性势能的增量以及系统动能的增量之和
当C的质量为M时:Mgh=QBE•h+△E弹…⑤
当C的质量为2M时,设A刚离开挡板时B的速度为V,则有
2Mgh=QBEh+△E弹+[1/2](2M+mB)V2…⑥
由④~⑥式可解得A刚离开P时B的速度为:V=
2MgE(QA+QB)
k(2M+mB)
答:(1)开始A、B静止时,挡板P对物块A的作用力大小为E(QA+QB);
(2)物块C下落的最大距离为[E/k](QA+QB);
(3)若C的质量改为2M,则当A刚离开挡板P时,B的速度为
2MgE(QA+QB)
k(2M+mB).
点评:
本题考点: 牛顿第二定律;匀变速直线运动的速度与时间的关系;胡克定律.
考点点评: 本题过程较繁杂,涉及功能关系多,有弹性势能、电势能、重力势能等之间的转化,全面考察了学生综合分析问题能力和对功能关系的理解及应用,难度较大.对于这类题目在分析过程中,要化繁为简,即把复杂过程,分解为多个小过程分析,同时要正确分析受力情况,弄清系统运动状态以及功能关系.