高中 | 匀变速直线运动的速度位移公式 题目答案及解析

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必修1

第二章 匀变速直线运动的研究

2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系

匀变速直线运动的速度位移公式

如图甲所示,轻弹簧竖直固定在水平面上,一质量为$m=0.2\;\rm kg$的小球,从弹簧上端某高度处自由下落(空气阻力可忽略),从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中(弹簧始终在弹性限度内),其速度$v$和弹簧压缩量$\Delta x$间的函数图像如图乙所示,其中$A$为曲线的最高点,小球和弹簧接触瞬间机械能损失不计,取$g=10\;\rm m/s^{2}$,则下列说法正确的是$(\qquad)$

["

小球刚接触弹簧时速度最大

","

小球自由落体高度可能大于$2\\;\\rm m$

","

该弹簧的劲度系数为$20.0\\;\\rm N/m$

","

从接触弹簧到压缩至最短的过程中,小球的加速度先减小后增大

"]
[["CD"]]

$\rm A$.小球刚接触弹簧时,重力大于弹力,合力向下,小球会继续加速,直到弹力等于重力,此时速度最大,故$\rm A$错误;

$\rm B$.当小球自由落体高度为$2\;\rm m$时,落到弹簧上的速度为$v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2 \times 10 \times 2}\;{\text{m}}/{\text{s}}=\sqrt{40}\;{\text{m}}/{\text{s}} \gt 6\;{\text{m}}/{\text{s}}$

而由$v-t$图像可得,小球最大速度为$5.1\;{\text{m}}/{\text{s}}$,故小球自由落体高度不可能大于$2\;\rm m$ ,故$\rm B$错误;

$\rm C$.由图可知最高点对应弹簧压缩量为$0.1\;\rm m$,此时速度最大,加速度为零,弹力等于重力,则有$mg=kx_{1}$

解得$k=\dfrac{0.2 \times 10}{0.1}\;\text{N}/\text{m}=20.0\;\rm \text{N}/\text{m}$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.从接触弹簧到压缩至最短的过程中,当速度达到最大值之前有$mg-F_{弹}=ma$

重力大于弹力,弹力逐渐增大,加速度逐渐减小,当速度达到最大值后,小球开始减速,有$F_{弹}-mg=ma$

重力不变,弹力大于重力且逐渐增大,则加速度增大。即从接触弹簧到压缩至最短的过程中,小球的加速度先减小后增大,故$\rm D$正确。

故选:$\rm CD$

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