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甲、乙、丙三个物体用不可伸长的轻线通过轻滑轮连接,甲与地面用轻弹簧连接,如图所示。物体乙与物块丙之间的距离和物体丙到地面的距离相等。已知物体乙与物块丙的质量均为m,物体甲的质量大于m,但是小于2m;弹簧的劲度系数为k。物体在运动过程中不会与滑轮相碰,且不计一切阻力,物体碰地后不反弹。

(1)若将乙与丙间的线剪断,甲下降多大距离时它的速度最大?

2)若将弹簧剪断后,要保证物块乙在运动过程中不会着地,求这种情形之下甲物体的质量等于多少?

 

答案

(1)(2)当2m>

解析:(1)设甲物体质量为M,开始时弹簧处于伸长状态,其伸长量x1

k x1=(2m-M)g         ① (2分)

剪断轻线,甲的加速度为零时,速度达最大,②(2分)

设:此时弹簧压缩量x2 

k x2=( M-m)g      ③  (2分)

所以, 甲速度最大时,下降的距离  ④(2分)

(2)设丙距离地面为L,丙刚好落地时,甲、乙的速度为v

    对于甲乙丙三物体组成系统,机械能守恒

 ⑤  (2分)

若乙恰能着地,此时甲、乙物体速度为零 ⑥(2分)

对甲乙两物体组成系统,其机械能守恒

有:  ⑦(2分)

由⑤⑦得:  ⑧ (2分)

∴当2m>时,乙物体将不会着地  ⑨(3分)

 

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