如图所示，一轻质弹簧竖直固定在地面上，上面连接一个质量m1=1.0kg的物体A，平衡时物体下表面距地面h1=40cm，弹簧的弹性势能E0=0.50J。在距物体m1正上方高为h=45cm
物理答案 2023-04-27
问题描述：
如图所示，一轻质弹簧竖直固定在地面上，上面连接一个质量 m 1 =1.0kg的物体 A ，平衡时物体下表面距地面 h 1 = 40cm，弹簧的弹性势能 E 0 =0.50J。在距物体 m 1 正上方高为 h = 45cm处有一个质量 m 2 =1.0kg的物体 B 自由下落后，与物体 Ａ 碰撞并立即以相同的速度运动（两物体粘连在一起），当弹簧压缩量最大时，物体距地面的高度 h 2 =6.55cm。 g =10m/s 2 。
已知弹簧的形变（拉伸或者压缩）量为 x 时的弹性势能
，式中 k 为弹簧的劲度系数。求弹簧不受作用力时的自然长度 l 0 ；
求两物体做简谐运动的振幅;
求两物体运动到最高点时的弹性势能。
最佳答案：
【小题1】0.50m
【小题2】23.45cm
【小题3】6.0×10 -2 J
解析:【小题1】设物体 A 在弹簧上平衡时弹簧的压缩量为 x 1 ，弹簧的劲度系数为 k
根据力的平衡条件有 m 1 g = k x 1
而
解得： k =100N/m， x 1 =0.10m
所以，弹簧不受作用力时的自然长度 l 0 = h 1 + x 1 =0.50m
【小题2】两物体运动过程中，弹簧弹力等于两物体总重力时具有最大速度，此位置就是两物体粘合后做简谐运动的平衡位置
设在平衡位置弹簧的压缩量为 x 2 ，则 （ m 1 + m 2 ） g = kx 2 ， 解得： x 2 =0.20m，
设此时弹簧的长度为 l 2 ，则 l 2 =l 0 - x 2 解得： l 2 =0.30m
当弹簧压缩量最大时，是两物体振动最大位移处，此时弹簧长度为 h 2 =6.55cm
两物体做简谐运动的振幅 A=l 2 - h 2 =23.45cm
【小题3】设物体 B 自由下落与物体 A 相碰时的速度为 v 1 ，则 
解得： v 1 =3.0m/s，
设 A 与 B 碰撞结束瞬间的速度为 v 2 ，根据动量守恒 m 2 v 1 =（ m 1 + m 2 ） v 2 ，
解得： v 2 =1.5 m/s，
由简谐运动的对称性，两物体向上运动过程达到最高点时，速度为零，弹簧长度为 l 2 + A =53.45cm
碰后两物体和弹簧组成的系统机械能守恒，设两物体运动到最高点时的弹性势能 E P ，则 
解得 E P ＝6.0×10 -2 J。
2023-04-26
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