Question

16．如圖所示，在同一豎直平面內(nèi)，一輕質(zhì)彈簧一端固定，另自由端恰好與水平線AB齊平，靜止放于傾角為53°的光滑斜面上．一長(zhǎng)為L(zhǎng)=9cm的輕質(zhì)細(xì)繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量為m=0.5kg的小球，將細(xì)繩拉至水平，使小球在位置C，由靜止釋放，小球到達(dá)最低點(diǎn)D時(shí)，細(xì)繩剛好被拉斷．之后小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中恰好沿斜面方向?qū)�彈簧壓縮，彈簧的最大壓縮量為x=10cm．（g=10m/s²，sin53°=0.8，cos53°=0.6）求：
（1）細(xì)線受到拉力的最大值；
（2）D點(diǎn)到水平線AB的高度h；
（3）輕彈簧所獲得的最大彈性勢(shì)能E_p．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)機(jī)械能守恒定律求出小球在D點(diǎn)的速度，再根據(jù)豎直方向上的合力提供向心力，運(yùn)用牛頓第二定律求出繩子的最大拉力．
（2）球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中恰好沿斜面方向?qū)�彈簧壓縮，知繩子斷裂后，做平拋運(yùn)動(dòng)，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律求h．
（3）根據(jù)速度的合成求出A點(diǎn)的速度，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒求出彈簧的最大彈性勢(shì)能．

解答 解：（1）小球由C到D，由機(jī)械能守恒定律得：
   mgL=$\frac{1}{2}$mv₁²
解得：v₁=$\sqrt{2gL}$…①
在D點(diǎn)，由牛頓第二定律得：
  F-mg=m$\frac{{v}_{1}^{2}}{L}$…②
由①②解得：F=15N
由牛頓第三定律知細(xì)繩所能承受的最大拉力為 15N．
（2）由D到A，小球做平拋運(yùn)動(dòng)，則得  v_y²=2gh…③
由幾何關(guān)系可知：
tan53°=$\frac{{v}_{y}}{{v}_{1}}$…④
聯(lián)立解得h=0.16m
（3）小球從C點(diǎn)到將彈簧壓縮至最短的過(guò)程中，小球與彈簧系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，即：
  E_p=mg（L+h+xsin 53°）
代入數(shù)據(jù)得：E_p=1.65J．
答：（1）細(xì)繩受到的拉力的最大值為15N．　
（2）D點(diǎn)到水平線AB的高度h為0.16m．　
（3）彈簧所獲得的最大彈性勢(shì)能E_p為1.65J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)，綜合運(yùn)用了牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律，關(guān)鍵是理清運(yùn)動(dòng)過(guò)程，選擇合適的規(guī)律進(jìn)行求解．