问题 计算题

如图所示,固定斜面的倾角θ=30°,物体A与斜面之间的动摩擦因数为μ,轻弹簧下端固定在斜面底端,弹簧处于原长时上端位于C点。用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B,滑轮右侧绳子与斜面平行,A的质量为2m,B的质量为m,初始时物体A到C点的距离为L。现给A、B一初速度v0使A开始沿斜面向下运动,B向上运动,物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点。已知重力加速度为g,不计空气阻力,整个过程中,轻绳始终处于伸直状态,求此过程中:

(1)物体A向下运动刚到C点时的速度;

(2)弹簧的最大压缩量;

(3)弹簧中的最大弹性势能。

答案

解:(1)A和斜面间的滑动摩擦力f=2μmgcosθ,物体A向下运动到C点的过程中,

根据能量关系有:

(2)从物体A接触弹簧,将弹簧压缩到最短后又恰回到C点,

对系统应用动能定理,

(3)弹簧从压缩最短到恰好能弹到C点的过程中,对系统根据能量关系有Ep+mgx=2mgxsinθ+fx

因为mgx=2mgxsinθ

所以

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