Question

6．如圖，光滑固定斜面傾角為α，斜面底端固定有垂直斜面的擋板C，斜面頂端固定有光滑定滑輪．質(zhì)量為m的物體A經(jīng)一輕質(zhì)彈簧與下方擋板上的質(zhì)量也為m的物體B相連，彈簧的勁度系數(shù)為k，A、B都處于靜止?fàn)顟B(tài)．一條不可伸長的輕繩繞過輕滑輪，一端連物體A，另一端連一輕掛鉤．開始時各段繩都處于伸直狀態(tài)，A上方的一段繩平行于斜面．現(xiàn)在掛鉤上掛一質(zhì)量為M的物體D并從靜止?fàn)顟B(tài)釋放，已知它恰好能使B離開擋板但不繼續(xù)上升．若讓D帶上正電荷q，同時在D運動的空間中加上方向豎直向下的勻強電場，電場強度的大小為E，仍從上述初始位置由靜止?fàn)顟B(tài)釋放D，則這次B剛離開擋板時D的速度大小是多少？已知重力加速度為g．

Answer 1

分析 先根據(jù)恰好能使B離開擋板但不繼續(xù)上升的條件，應(yīng)用平衡條件求出彈簧形變量，再應(yīng)用機械能守恒定律求出彈簧的彈性勢能，最后當(dāng)存在電場時，由功能關(guān)系即可求出D的速度．

解答 解：掛鉤沒有掛D時，A壓縮彈簧，彈簧的壓縮量為x₁，
對A有：mgsinα=kx₁，
則有：x₁=$\frac{mgsinα}{k}$，
掛鉤掛上D后，B剛好離開擋板時彈簧的伸長量為x₂，
對B有：mgsinα=kx₂，
則有：x₂=$\frac{mgsinα}{k}$，
該過程A沿斜面上升的距離和D下降的高度都是x₁+x₂，且A、D的初速度、末速度都為零．
設(shè)該過程彈性勢能的增量為△E，由系統(tǒng)機械能守恒有：
mg（x₁+x₂）sinα-Mg（x₁+x₂）+△E=0； 
將D帶電后，D在電場中運動，電場力對D作正功，設(shè)B剛離開擋板時D的速度為υ，D下降x₁+x₂過程系統(tǒng)能量守恒，有：mg（x₁+x₂）sinα-Mg（x₁+x₂）+△E-qE（x₁+x₁）+$\frac{1}{2}$（m+M）υ²=0；
由以上四個方程消去△E，得：υ=$2\sqrt{\frac{mgqEsinα}{k（M+m）}}$． 
答：B剛離開擋板時D的速度大小是$2\sqrt{\frac{mgqEsinα}{k（M+m）}}$．

點評 該題中，物體D處于有電場和沒有電場兩種情景，在解答的過程中一定要分析清楚物體運動過程，針對兩種不同的情景，軌跡不同的受力情況，結(jié)合合外力對D做的功不相等的特點，再選擇合適的公式即可正確解題．