Question

【題目】輕質(zhì)彈簧原長為2l，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當(dāng)彈簧被壓縮到最短時，彈簧長度為l。現(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點(diǎn)，另一端與物塊P接觸但不連接。AB是長度為5l的水平軌道，B端與半徑為l的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如圖所示。物塊P與AB間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。用外力推動物塊P，將彈簧壓縮至長度l，然后放開，P開始沿軌道運(yùn)動，重力加速度大小為g。

（1）若P的質(zhì)量為m，求P到達(dá)B點(diǎn)時速度的大小，以及它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點(diǎn)間的距離；

（2）若P能滑上圓軌道，且仍能沿圓軌道滑下，求P的質(zhì)量的取值范圍。

Answer 1

【答案】（1）、（2）

【解析】試題分析：（1）地面上， 轉(zhuǎn)化為， 守恒，所以

，此時彈簧長度為L， ：能量守恒：

即

：動能定理：

此后，物體做平拋運(yùn)動：

所以B點(diǎn)速度，落點(diǎn)與B點(diǎn)距離為

（2）假設(shè)物塊質(zhì)量為

則：能量守恒：

解得：

若要滑上圓弧，則，即，解得

若要滑上圓弧還能沿圓弧滑下，則最高不能超過C點(diǎn)

此時 假設(shè)恰好到達(dá)C點(diǎn)，則根據(jù)能量守恒：

解得：

故若使物塊不超過C點(diǎn)， ，綜上：