练习题目
如图所示,质量M=400g、上表面保持水平的铁板固定在一根轻弹簧上方,弹簧的下端固定在水平面上,弹簧与铁板组成的系统处于静止状态。在铁板中心的正上方有一质量m=100g的木块,从离铁板上表面高=80cm处自由下落,木块撞到铁板上以后不再离开,两者一起开始做简谐运动。木块撞到铁板上以后,共同下降l1=2.0cm时,它们的速度第一次达到最大值;又继续下降了l2=8.0cm后,它们的速度第一次减小为零。空气阻力忽略不计,取g=10m/s2,弹簧始终处于弹性限度内。
(1)求此弹簧的劲度系数k;
(2)从木块和铁板共同开始向下运动,到它们的共同速度第一次减小到零的过程中,弹簧的弹性势能增加了多少?
(3)在振动过程中,铁板对木块的弹力的最小值是多少?
分析思路
1.研究对象做什么运动?
答:木块先做自由落体运动,与铁板相碰后一起做简谐运动;
2.研究对象在运动过程中遵循什么规律?
答:做简谐运动时,木块、铁板和弹簧组成的系统机械能守恒;木块、铁板相碰撞时,因作用时间短,故动量守恒。
3.木块、铁板相碰前后有什么特点?
答:相碰前铁板受力平衡,相碰后,铁板和木块的共同速度最大时,铁板和木块组成的系统的加速度为零。
4.什么时候铁板和木块之间的弹力最小?
答:木块和铁板相碰后与弹簧组成了一个弹簧振子并做简谐运动,由此可知系统的机械能守恒。当振子上下运动时,由于加速度未超过10m/s2,所以在最高点铁板和木块之间的弹力最小。
解题过程