机械能与弹簧综合练习题含答案精编版

解:开始时，A、B静止，设弹簧压缩量为x1，有
kx1=m1g①（2分）
挂C并释放后，C向下运动，A向上运动，设B刚要离地
时弹簧伸长量为x2，有
kx2=m2g②（2分）
B不再上升，表示此时A和C的速度为零，C已降到最低点.
由机械能守恒，与初始状态相比，弹簧弹性势能的增加量为
③（3分）
C换成D后，当B刚离地时弹簧势能的增量与第一次相同，由能量关系得
（2）分析知：小球每次离开Q时的速度大小相同，等于小球第一次与Q接触时速度大小v，根据动能定理可得：qEL= （2分）
设小球与薄板Q碰撞n次后恰好向右运动到B板，则：qn (2分)
小球与薄板Q碰撞n次后向右运动从与Q分离到恰好到达B板的过程中，根据动能定理可得：- （2分）
由以上几式可得： （或取 的整数）（2分）
(1)欲使小球能通过最高点C,则半圆形轨道的半径最大为多少?
(2)欲使小球通过最高点C后落到水平面上的水平距离最大，则半
圆形轨道的半径为多大？落至B点的最大距离为多少？
3．如图是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置，M为半径为 、固定于竖直平面内的1/4光滑圆弧轨道，轨道上端切线水平，N为待检验的固定曲面，该曲面在竖直面内的截面为半径 的1/4圆弧，圆弧下端切线水平且圆心恰好位于M轨道的上端点，M的下端相切处置放竖直向上的弹簧枪，可发射速度不同的质量 的小钢珠，假设某次发射的钢珠沿轨道恰好能经过M的上端点，水平飞出后落到N的某一点上，取g=10m/s2，求：
机械能与弹簧综合练习题含答案精编版
机械能与弹簧综合练习题
1、如图所示，劲度系数为k1的轻质弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2拴接，劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块2拴接，下端压在桌面上（不拴接），整个系统处于平衡状态.现施力将物块1缓慢地竖直上提，直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面.在此过程中，物块2的重力势能增加了______，物块1的重力势能增加了________.
3.（1）设A、B下落H高度时速度为υ，由机械能守恒定律得：
B着地后，A先向下运动，再向上运动到，当A回到B着地时的高度时合外力为0，对此过程有：
解得：
（2）B物块恰能离开地面时，弹簧处于伸长状态，弹力大小等于mg，B物块刚着地解除弹簧锁定时，弹簧处于压缩状态，弹力大小等于mg．因此，两次弹簧形变量相同，则这两次弹簧弹性势能相同，设为EP．
解出所求
4．(18分)如图所示，将质量均为m厚度不计的两物块A、B用轻质弹簧相连接，现用手托着B物块于H高处，A在弹簧弹力的作用下处于静止后，将弹簧锁定．现由静止释放A、B两物块，B物块着地时速度立即变为零，与此同时解除弹簧锁定，在随后的过程中，当弹簧恢复到原长时A物块运动的速度为υ0，且过程中B物块恰能离开地面但不能继续上升．已知弹簧具有相同形变量时弹性势能也相同．求：
当F=0（即不加竖直向上F力时），设A、B叠放在弹簧上处于平衡时弹簧的压缩量为x，有
①
对A施加F力，分析A、B受力如右图所示
对A ②
对B ③
可知，当N≠0时，AB有共同加速度a=a′，由②式知欲使A匀加速运动，随N减小F增大.当N=0时，F取得了最大值Fm,
即
又当N=0时，A、B开始分离，由③式知，
又B物块恰能离开地面但不继续上升，此时A物块速度为0．
从B物块着地到B物块恰能离开地面但不继续上升的过程中，A物块和弹簧组成的系统机械能守恒，即：
解得：Δx＝H
（3）因为B物块刚着地解除弹簧锁定时与B物块恰能离开地面时弹簧形变量相同，所以弹簧形变量
第一次从B物块着地到弹簧恢复原长过程中，弹簧和A物块组成的系统机械能守恒：
（1）若在小钩上挂质量为M的物块C并由静止释放，可使物块A对挡板P的压力恰
为零，但不会离开P，求物块C下降的最大距离ｈ
（2）若C的质量为2M，则当A刚离开挡板P时，B的速度多大？
分析与解
通过物理过程的分析可知：当A刚离开挡板P时，弹力恰好与Ａ所受电场力平衡，弹簧伸长量一定，前后两次改变的变化及弹性势能的改变相同，可以替代求解。
（1）B与A碰撞过程中损失的机械能。
（2）碰后C是否立即做圆周运动？如果是，求C运动到最高点时绳的拉力大小；如果不是，则C运动到什么位置时绳子再次绷紧？
24(20分)解：
（1）小球B在PM间运动时受到的摩擦力为 （2分）
由功能关系得，弹簧具有的最大弹性势能
设小球 运动到 点时速度为 ，由功能关系得
（4分）
此时，弹簧压缩量 ④
AB共同速度 ⑤
由题知，此过程弹性势能减少了WP=EP=
设F力功WF，对这一过程应用功能原理
⑥
联立①④⑤⑥，且注意到EP=可知，WF=×10-2J
6.（22分）如图所示，AB是两块竖直放置的平行金属板，相距为2L，分别带有等量的正、负电荷，在两板间形成电场强度大小为E的匀强电场。A板上有一小孔（它的存在对两板间匀强电场分布的影响可忽略不计），孔中有一条与板垂直的水平光滑绝缘轨道，一个质量为m，电荷量为q(q>0)的小球（可视为质点），在外力作用下静止在轨道的中点P处。一自然长度为L的轻弹簧左端固定在距A板左侧L处挡板上，右端固定一块轻小的绝缘材料制成的薄板Q。撤去外力释放带电小球，它将在电场力作用下由静止开始向左运动，穿过小孔后（不与金属板A接触）与薄板Q一起压缩弹簧，由于薄板Q及弹簧的质量都可以忽略不计，可认为小球与Q接触过程中不损失机械能。小球从接触Q开始，经过一段时间第一次把弹簧压缩至最短，然后又被弹簧弹回。由于薄板Q的绝缘性能有所欠缺，使得小球每次离开Q瞬间，小球的电荷量都损失一部分，而变成刚与Q接触时小球电荷量的1/k(k>l)。求：
（1）使木块A竖直做匀加速运动的过程中，力F的最大值；
（2）若木块由静止开始做匀加速运动，直到A、B分离的过程中，弹簧的弹性势能减少了，求这一过程F对木块做的功。
分析与解
此题难点和失分点在于能否通过对此物理过程的分析后，确定两物体分离的临界点，即当弹簧作用下的两物体加速度、速度相同且相互作用的弹力N=0时,恰好分离.
(l)弹簧第一次压缩到最左边时的弹性势能；
(2)小球在与B板相碰之前，最多能与薄板Q碰撞多少次；
(3)设A板的电势为零，当k=2、且小孔右侧的轨道粗糙与带电小球间的滑动摩擦力FJ= 时，求带电小球初、末状态的电势能变化量。
21．（22分）
（1）当P由静止开始释放到弹簧第一次压缩到最左边的过程中根据能的转化和守恒定律可得弹性势能：EP=qEL（6分）
⑴B物块着地后，A在随后的运动过程中，A所受合外力为零时的速度υ1；
⑵从B物块着地到B物块恰能离开地面但不继续上升的过程中，A物块运动的位移Δx；
⑶第二次用手拿着A、B两物块，使得弹簧竖直并处于原长状态，此时物块B离地面的距离也为H，然后由静止同时释放A、B两物块，B物块着地后速度同样立即变为零．求第二次释放A、B后，B刚要离地时A的速度υ2．
第二次释放A、B后，A、B均做自由落体运动，由机械能守恒得刚着地时A、B系统的速度为
从B物块着地到B刚要离地过程中，弹簧和A物块组成的系统机械能守恒：
联立以上各式得：
5、如图所示，A、B两木块叠放在竖直轻弹簧上，已知木块A、B质量分别为0.42 kg和0.40 kg，弹簧的劲度系数k=100N/m，若在木块A上作用一个竖直向上的力F，使A由静止开始以0.5 m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动（g=10 m/s2）.
⑥
由④—⑥式可解得A刚离开P时B的速度为：
⑦
说明研究对象的选择、物理过程的分析、临界条件的应用、能量转化守恒的结合往往在一些题目中需要综合使用。
另外，有关弹簧的串、并联和弹性势能的公式，高考中不作定量要求，这里不再说明。
10、如图所示，质量为m的物体A用一轻弹簧与下方地面上质量也为m的物体B相连，开始时A和B均处于静止状态，此时弹簧压缩量为x0，一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连接物体A、另一端C握在手中，各段绳均处于刚好伸直状态，A上方的一段绳子沿竖直方向且足够长。现在C端施水平恒力F而使A从静止开始向上运动。（整个过程弹簧始终处在弹性限度以内）
（3）设小球第一次弹回两板间后向右运动最远距A板的距离为L1，则：
（2分）
设小球第2次弹回两板间后向右运动最远距A板的距离为L2，则：
（2分）
而此时电场力： ，即带电小球可保持静止。（2分）
所以带电小球初、末状态的电势能变化量： （2分）
7．（20分）如图所示，水平地面M点左侧粗糙，右侧光滑。整个空间有一场强大小E1＝1 103N/C、方向竖直向下的匀强电场。质量mA＝0.04kg的不带电小物块A用长为R＝5m不可伸长的绝缘轻质细绳拴于O点，静止时与地面刚好接触。带正电的小物块B与左端固定在墙上的绝缘轻弹簧接触但不粘连，B的质量mB=0.02kg，带电量为q＝+2 10-4C，与M左侧地面间动摩擦因数μ＝。现用水平向左的推力将B由M点（弹簧原长处）缓慢推至P点（弹簧仍在弹性限度内），推力做功W＝，MP之间的距离为L＝50cm。撤去推力，B向右运动，随后与A发生正碰并瞬间成为一个整体C（A、B、C均可视为质点）。已知碰撞前后电荷量保持不变，碰后C的速度为碰前B速度的 。碰后立即把匀强电场方向变为竖直向上，场强大小变为E2＝6×103N/C。（取g＝10m/s2）求：
④（4分）
由③④式得
⑤（2分）
由①②⑤式得
⑥（2分）
9、如图所示，挡板P固定在足够高的水平桌面上，小物块A和B大小可忽略，它们分别带为+QA和+QB的电荷量，质量分别为ｍＡ和ｍＢ。两物块由绝缘的轻弹簧相连，一个不可伸长的轻绳跨过滑轮，一端与B连接，另一端连接轻质小钩。整个装置处于场强为E、方向水平向左的匀强电场中，A、B开始时静止，已知弹簧的劲度系数为k，不计一切摩擦及A、B间的库仑力，A、B所带电荷量保持不变，B不会碰到滑轮。
设开始时弹簧压缩量为x1