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高中 | 胡克定律题目答案及解析如下,仅供参考!
必修1
第三章 相互作用
3.2 弹力
胡克定律
如图所示,挡板$P$固定在倾角为$30{}^\circ $的斜面左下端,斜面右上端$M$与半径为$R$的圆弧轨道$MN$连接,其圆心$O$在斜面的延长线上。$M$点有一光滑轻质小滑轮,$\angle MON=60{}^\circ $。质量均为$m$的小物块$B$、$C$由一轻质弹簧拴接(弹簧平行于斜面),其中物块$C$紧靠在挡板$P$处,物块$B$用跨过滑轮的轻质细绳与一质量为$4m$、大小可忽略的小球$A$相连,初始时刻小球$A$锁定在$M$点,细绳与斜面平行,且恰好绷直而无张力,$B$、$C$处于静止状态。某时刻解除对小球$A$的锁定,当小球$A$沿圆弧运动到最低点$N$时(物块$B$未到达$M$点),物块$C$对挡板的作用力恰好为$0$。已知重力加速度为$g$,不计一切摩擦,下列说法正确的是$(\qquad)$
弹簧的劲度系数为$\\dfrac{2mg}{R}$
","小球$A$到达$N$点时的速度大小为$\\sqrt{\\dfrac{12}{19}gR}$
","小球$A$到达$N$点时的速度大小为$\\sqrt{\\dfrac{8}{15}gR}$
","小球$A$由$M$运动到$N$的过程中,小球$A$和物块$B$的机械能之和一直在增大
"]$\text{A}$、设弹簧的劲度系数为$k$,初始时刻弹簧的压缩长度为${{x}_{1}}$,则$B$沿斜面方向受力平衡,则$mg\sin 30{}^\circ =k{{x}_{1}}$,小球$A$沿圆弧运动到最低点$N$时,物块$C$即将离开挡板时,设弹簧的拉伸长度为${{x}_{2}}$,则$C$沿斜面方向受力平衡,则$mg\sin 30{}^\circ =k{{x}_{2}}$,由几何知识可知,此时细线的长度变化为${{x}_{1}}+{{x}_{2}}=MN=R$,解得$k=\dfrac{mg}{R}$,故$\text{A}$错误;
$\text{BC}$、设小球$A$到达$N$点时的速度为$v$,对$v$进行分解,在沿绳子方向的速度$v'=v\cos 30{}^\circ $,由于沿绳子方向的速度处处相等,所以此时$B$的速度也为$v'$,对$A$、$B$、$C$和弹簧组成的系统,在整个过程中,只有重力和弹簧弹力做功,且$A$在$M$和$N$处,弹簧的形变量相同,故弹性势能不变,弹簧弹力做功为$0$,重力对$A$做正功,对$B$做负功,$A$、$B$、$C$和弹簧组成的系统机械能守恒,可知$4mgR(1-\cos 60{}^\circ )-mg({{x}_{1}}+{{x}_{2}})\sin 30{}^\circ =\dfrac{1}{2}4m{{v}^{2}}+\dfrac{1}{2}mv{{'}^{2}}$,解得$v=\sqrt{\dfrac{12}{19}gR}$,故$\text{B}$正确,$\text{C}$错误;
$\text{D}$、小球$A$由$M$运动到$N$的过程中,$A$、$B$、$C$和弹簧组成的系统机械能守恒,则小球$A$和物块$B$的机械能之和与弹簧和$C$的能量之和不变,$C$一直处于静止状态,弹簧一开始处于压缩状态,之后变为原长,后开始拉伸,则弹性势能先减小受增大,故小球$A$和物块$B$的机械能之和先增大后减小,故$\text{D}$错误。
故选:$\text{B}$。
高中 | 胡克定律题目答案及解析(完整版)