物块与竖直轻弹簧相连,放在水平地面上,一个物块由距弹簧上端点
物块

与竖直轻弹簧相连,放在水平地面上,一个物块

由距弹簧上端

点

高处自由落下,落到弹簧上端后将弹簧压缩.为了研究物块

下落的速度随时间变化的规律和物块

对地面的压力随时间变化的规律,某位同学在物块

的正下方放置一个压力传感器,测量物块

对地面的压力,在物块

的正上方放置一个速度传感器,测量物块

下落的速度.在实验中测得:物块

对地面的最小压力为

,当物块

有最大速度时,物块

对地面的压力为

.已知弹簧的劲度系数为

,物块

的最大速度为

,重力加速度为

,不计弹簧的质量.

(1)求物块
的质量;
(2)求物块
在压缩弹簧开始直到

达到最大速度的过程中对弹簧做的功;
(3)若用
表示物块

的速度由

减到零所用的时间,用

表示物块

对地面的最大压力,试推测:物块的速度由

减到零的过程中,物块

对地面的压力

随时间

变化的规律可能是下列函数中的(要求说明推测的依据)( )

解析: (1)物块
没有落到弹簧上时,物块

对地面的压力为最小压力,此时物块

受重力

和地面的支持力(大小等于

)处于平衡

物块
的质量

.①
(2)物块
落到弹簧上,将弹簧压缩,当物块

的重力等于弹簧的弹力时,物块

有最大速度.则有

②
此时,由物块
受弹簧的压力(大小等于

)、重力和地面的支持力(大小等于

)处于平衡,有


.③
物块
由静止开始落下,到达最大速度的过程中,重力做功

,克服弹簧的弹力做功

,动能增加,有

④
将①②③式代入④式,得物块
对弹簧做功

.
(3)应为C 
物块B与弹簧接触后,在重力和弹力作用下,在竖直方向上做简谐运动,周期为4T.物块A对地面的压力大小P等于A的重力与弹簧的弹力之和.则P随时间变化的关系只可能是正弦函数,AB选项都不正确.当t=0时,压力
;当
t=
T时,压力最大为

.只有选项C正确.
另解:
物块B与弹簧接触后,在重力和弹力作用下,在竖直方向上做简谐运动.其平衡位置在物块B具有最大速度处,设为
,建立

坐标系,以竖直向下为正方向,有

⑤
物块B做简谐运动的周期为4T,在速度由最大变到零的四分之一周期内,设最大位移为
,振动位移为

⑥

物块A对地面的压力为
代入③式得
⑦
当
时,压力最大为

,即

得
压力
随时间

变化的规律为

.