如圖所示,小車A、小物塊B由繞過輕質(zhì)定滑輪的細(xì)線相連,小車A放在足夠長的水平桌面上,B、C兩小物塊在豎直方向上通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連,C放在水平地面上.現(xiàn)用手控制住A,并使細(xì)線剛剛拉直但無拉力作用,并保證滑輪左側(cè)細(xì)線豎直、右側(cè)細(xì)線與桌面平行.已知A、B、C的質(zhì)量均為m,A與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2,重力加速度為g,彈簧的彈性勢能表達(dá)式為E
P=
k△x
2,式中k是彈簧的勁度系數(shù).△x是彈簧的伸長量或壓縮量.細(xì)線與滑輪之間的摩擦不計(jì).開始時(shí),整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),對A施加一個(gè)恒定的水平拉力F 后,A向右運(yùn)動(dòng)至速度最大時(shí),C恰好離開地面.求此過程中,求:
(1)拉力F的大??;
(2)拉力F做的功;
(3)C恰好離開地面時(shí)A的速度.
(1)A向右運(yùn)動(dòng)至最大速度時(shí)C恰好離開地面,此時(shí)A、B、C加速度均為零,設(shè)此時(shí)繩的拉力為T,
對A:F-μmg-T=0
對B、C整體:T-2mg=0
代入數(shù)據(jù)解得F=2.2mg
(2)開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)靜止,彈簧壓縮量為x,則對B有kx=mg
x=
因B、C的質(zhì)量相等,故C恰好離開地面時(shí),彈簧伸長量仍為x=
所以拉力做的功W=F?2x=
(3)A由靜止到向右運(yùn)動(dòng)至速度最大的過程中,對A、B、C由能量守恒得
(F-μmg)?2x=
(2m)v
2+mg?2x
解得v=g
答:(1)拉力F的大小為2.2mg;
(2)拉力F做的功為
:
(3)C恰好離開地面時(shí)A的速度為g
.