如圖所示,一根輕彈簧上端固定,下端掛一小球(可視為質(zhì)點(diǎn)),彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)小球位于P點(diǎn)。將小球從P點(diǎn)由靜止釋放,小球沿豎直方向在PQ之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。
(1)請(qǐng)根據(jù)動(dòng)能定理及重力、彈力做功的特點(diǎn),證明:小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球、彈簧和地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒。
(2)上述的運(yùn)動(dòng)情形,在生活中也常常遇到,如圖甲所示的蹦極運(yùn)動(dòng)。為了研究蹦極過(guò)程,可做以下簡(jiǎn)化:將游客視為質(zhì)點(diǎn),他的運(yùn)動(dòng)沿豎直方向,忽略彈性繩的質(zhì)量和空氣阻力,在彈性限度內(nèi)彈性繩的特點(diǎn)和彈簧可視為相同。如圖乙所示,某次蹦極時(shí),游客從蹦極平臺(tái)末端O點(diǎn)由靜止開(kāi)始下落,到a點(diǎn)時(shí)彈性繩恰好伸直,游客繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),能到達(dá)的最低位置為b點(diǎn),整個(gè)過(guò)程中彈性繩始終在彈性限度內(nèi),且游客從蹦極平臺(tái)第一次到b點(diǎn)的過(guò)程中,機(jī)械能損失可忽略。已知彈性繩的原長(zhǎng)為l0,彈性繩勁度系數(shù)為k。
①游客從蹦極平臺(tái)末端O點(diǎn)第一次到b點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,請(qǐng)?jiān)趫D丙中定性畫(huà)出彈性繩彈力F的大小隨伸長(zhǎng)量x變化關(guān)系的圖線;
②借助F—x圖像可以確定彈力做功的規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,若已知游客的質(zhì)量為m,求游客從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b的過(guò)程中的最大速度的大小。
【考點(diǎn)】機(jī)械能守恒定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用;常見(jiàn)力做功與相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化;動(dòng)能定理的簡(jiǎn)單應(yīng)用.
【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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