Question

【題目】如圖，傾角 θ=37°的光滑且足夠長的斜面固定在水平面上，在斜面頂端固定一個輪半徑和質量不計的光滑定滑輪D，質量均為m=1 kg 的物體A和B用一勁度系數k=240 N/m 的輕彈簧連接，物體 B 被位于斜面底端且垂直于斜面的擋板 P 擋住。用一不可伸長的輕繩使物體 A 跨過定滑輪與小環C連接，輕彈簧和定滑輪右側的繩均與斜面平行，小環C穿過豎直固定的光滑均勻細桿。當環C位于Q處時整個系統靜止，此時繩與細桿的夾角α=53°，且物體 B 對擋板 P 的壓力恰好為零。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g 取。求：

（1）當環C位于Q處時繩子的拉力T和小環C的質量M；

（2）現讓環 C從位置 R由靜止釋放，位置R與位置Q關于位置 S 對稱，圖中SD水平且長度為 d=0.2 m，求：

①小環C運動到位置Q的速率 v；

②小環C從位置R運動到位置S的過程中輕繩對環做的功。

Answer 1

【答案】（1）12N，（2）①②

【解析】試題分析：（1）該題中，共有ABC三個物體與彈簧組成一個系統，受力的物體比較多，可以先以AB組成的整體為研究對象，求出繩子的拉力，然后以C為研究對象進行受力分析，即可求出C的質量；（2）由機械能守恒定律即可求出C在位置Q的速度；（3）由幾何關系求出繩子RD段的長度，再以B為研究對象，求出彈簧的伸長量，以及后來的壓縮量，最后根據機械能守恒定律求出C的速度、動能；由動能定理求出輕繩對環做的功。

（1）先以AB組成的整體為研究對象，AB系統受到重力、支持力和繩子的拉力處于平衡狀態

根據平衡條件得：繩子的拉力為：

解得：

以C為研究對象，其受力分析，如圖

根據平衡條件得：

解得：

（2）①環從位置R運動到Q位置的過程中，對小環C、彈簧和A組成的系統機械能守恒：

其中：

兩式聯立可得：

② 由題意，開始時B恰好對擋板沒有壓力，所以B受到重力、支持力和彈簧的拉力，彈簧處于伸長狀態；

對B受力分析，則有：

解得：彈簧的伸長量

R到S時，A下降的距離為

此時彈簧的壓縮量

由速度分解可知此時A的速度為零，從R運動到S的過程中,初末態的彈性勢能相等

對于小環C、彈簧和A組成的系統機械能守恒有：

解得：

從位置R運動到位置S的過程中，對小環C由動能定理可知：

解得: