问题 选择题

如图所示,A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连,A放在固定的光滑斜面上,B、C 两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,C球放在水平地面上.现用手控制住A,并使细线刚刚拉直但无拉力作用,并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行.已知A的质量为4m,B、C的质量均为m,重力加速度为g,细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个系统处于静止状态.释放A后,A沿斜面下滑至速度最大时C恰好离开地面.下列说法正确的是(  )

A.斜面倾角α=60°

B.A获得最大速度为2g

m
5k

C.C刚离开地面时,B的加速度最大

D.从释放A到C刚离开地面的过程中,A、B两小球组成的系统机械能守恒

答案

A、设当物体C刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为xC,则

kxC=mg  ①

物体C刚刚离开地面时,以B为研究对象,物体B受到重力mg、弹簧的弹力kxC、细线的拉力T三个力的作用,

设物体B的加速度为a,根据牛顿第二定律,

对B有

T-mg-kxC=ma   ②

对A有

4mgsinα-T=4ma  ③

由②、③两式得

4mgsinα-mg-kxC=5ma ④

当B获得最大速度时,有 a=0 ⑤

由①④⑤式联立,解得 sinα=

1
2

所以:α=30°

故A错误;

B、设开始时弹簧的压缩量xB,则

kxB=mg

设当物体C刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为xA,则

kxC=mg

当物体C刚离开地面时,物体B上升的距离以及物体C沿斜面下滑的距离均为

h=xC+xB

由于弹簧处于压缩状态和伸长状态时的弹性势能相等,且物体A刚刚离开地面时,C、B两物体的速度相等,设为vBm,以C、B及弹簧组成的系统为研究对象,

由机械能守恒定律得:4mghsinα-mgh=

1
2
(4m+m) VBm2

代入数据,解得:VBm═2g

m
5k
,故B正确;

C、C刚离开地面时,B的速度最大,加速度为零,故C错误;

D、从释放C到C刚离开地面的过程中,A、B两小球以及弹簧构成的系统机械能守恒,故D错误;

故选B.

单项选择题
单项选择题