如图所示,竖直光滑的杆子上套有一滑块A,滑块通过细绳绕过光滑滑轮连接物块B,B又通过一轻质弹簧连接物

2025-05-15 02:01:41
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回答(1):

(1)当A速度达到最大时,即加速度等于0的时候,此时C也刚好同时离开地面,那么对B和C整体分析只有绳子拉力和重力,因此此时绳子拉力为:
T=mBg+mCg=2×10N=20N
当A的速度最大加速度等于0时,即:Tcosθ=mAg,
代入数据得:θ=53°
假设A下降的高度为h,则根据几何关系可得:tanθ=

L
h

带入得:h=
3
4
L=0.6m;
(2)根据几何关系可知,A下降0.6m时定滑轮到A的距离为:s=
L
sin53°
=1m
那么绳子拉长的长度也就是B上升的高度就是:hB=s-L=0.2m
初始状态,绳子无张力,对B分析有:kx1=mBg,弹簧的压缩量:x1=
10
k

末状态,C刚好离开地面,对C分析有:kx2=mCg,即弹簧的伸长量:x2=
10
k

根据几何关系得:x1+x2=hB
代入计算得:2×
10
k
=0.2
解得:k=100N/m
(3)由第二问可知,初状态弹簧压缩为:x1=
10
k
=0.1m和末状态弹簧拉伸为:x2=
10
k
=0.1m,
弹簧弹性势能没有变化,那么在此过程中ABC和弹簧组成的系统机械能守恒,由机械能守恒定律得:
Ep=mBg(x1+x2)-mAgh+
1
2
mBvB2+
1
2
mAvA2+Ep
有几何关系可得AB的速度关系有:vAcosθ=vB
带入计算得:vA=
2
15
3
m/s,vB=
2
15
5
m/s;
答:(1)A下降0.6m时速度最大;
(1)弹簧的劲度系数为100N/m.
(2)A、B的最大速度分别是
2
15
3
m/s、
2
15
5
m/s.