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如图,质量为m1的物体A 经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B 相连,弹簧的劲度系数为k , A .B 都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A ,另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态,A 上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上挂一质量为m3的物体C 并从静止状态释放,已知它恰好能使B 离开地面但不继续上升。若将C 换成另一个质量为(m1+ m3)的物体D ,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次B 刚离地时D的速度的大小是多少?已知重力加速度为g 。

答案

开始时,A.B 静止,设弹簧压缩量为x1,有

kx1=m1g   ① 

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=m2g    ② 

B不再上升,表示此时A 和C的速度为零,C已降到其最低点。由机械能守恒,与初始状态相比,弹簧弹性势能的增加量为

ΔE=m3g(x1+x2)-m1g(x1+x2)   ③ 

C换成D后,当B刚离地时弹簧势能的增量与前一次相同,由能量关系得

(m3+m1)v2+m1v2=(m3+m1)g(x1+x2)-m1g(x1+x2)-ΔE    ④

由③ ④ 式得(m3+2m1)v2=m1g(x1+x2)     ⑤

由①②⑤式得v=   ⑥        


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