(資料圖片)

如圖，質(zhì)量m=1kg的木板靜止在光滑水平地面上，右側(cè)的豎直墻面固定一勁度系數(shù)k=20N/m的輕彈簧，彈簧處于自然狀態(tài)。質(zhì)量m2=4kg的小物塊以水平向右的速度v0=5/4m/s滑上木板左端，兩者共速時(shí)木板恰好與彈簧接觸。木板足夠長(zhǎng)，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0. 1,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈性勢(shì)能Ep與形變量x的關(guān)系為Ep=kx2/2。取重力加速度大小g=10m/s2。結(jié)果可用根式表示。（1)求木板剛接觸彈簧時(shí)速度v1的大小及木板運(yùn)動(dòng)前右端距彈簧左端的距離x1;（2)求木板與彈簧接觸以后，物塊與木板之間即將相對(duì)滑動(dòng)時(shí)彈簧的壓縮量x2及此時(shí)木板速度V2的大??；（3)已知木板向右運(yùn)動(dòng)的速度從V2減小到0所用時(shí)間為t0。求木板從速度為V2時(shí)到之后與物塊加速度首次相同時(shí)的過程中，系統(tǒng)因摩擦轉(zhuǎn)化的內(nèi)能ΔU(用t0表示）。?

第一問，是個(gè)無地面摩擦力的板塊問題，從物塊滑上木板到剛接觸彈簧，板塊系統(tǒng)動(dòng)量守恒，v1剛好是板、塊共速時(shí)的速度，比較好算。至于x1，單獨(dú)分析木板的受力及運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用動(dòng)能定理即可求解，此處所求是木板的對(duì)地位移大小。

第二問考查板塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的臨界條件，板塊整體的加速度大小剛好等于物塊最大靜摩擦力給其提供的加速度大小時(shí)，為板、塊發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的臨界條件。隔離法分析物塊加速度、整體法分析板塊加速度，列方程即可求解。此時(shí)彈簧的壓縮量為X2,從開始接觸彈簧到壓縮量達(dá)到x2這一過程中。板、塊間無相對(duì)滑動(dòng)，板塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)球能守恒，板塊減小的動(dòng)能，全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈簧性勢(shì)能，借助題中所給的彈性勢(shì)能表達(dá)式列系統(tǒng)機(jī)械能守恒的方程即可得出V2。第三問感覺難度陡然提升了，告了一個(gè)木板從v2減小到0所用的時(shí)間，再分析木板受力，就感覺到了一種無力的挫敗感。木板受物塊給的摩擦力及彈簧給的彈力，關(guān)鍵彈力是一個(gè)變力，好像沒招了。對(duì)物塊來說問題不大，因?yàn)槭芰κ呛懔Γ蠼鈨?nèi)能關(guān)鍵是木板對(duì)地位移沒招可破。

別上火，仔細(xì)分析一下板、塊的受力及運(yùn)動(dòng)。木板從V2減到0這一過程中，其加速度逐漸增大，比物塊加速度要大，當(dāng)木板速度減為零時(shí)，物塊.還處在向右減速階段，接著木板向左加速：加速過程中，即使物塊減為0反向加速，其加速度還是比木板小，當(dāng)彈簧形變恢復(fù)到x2時(shí)，物塊相對(duì)木板還是向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)板、塊兩者加速度即為題干所描述的首次相同同的時(shí)刻，這一過程中，物塊一直做勻變速運(yùn)動(dòng)，末速度比較好求，關(guān)鍵是木板的運(yùn)動(dòng)，受一彈簧的彈力作用及物塊給的摩擦恒力作用，這是一種什么運(yùn)動(dòng)呢？對(duì)不受空氣阻力時(shí)豎直懸掛的彈簧小球模型熟悉的話，就知道這一過程中木板做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，剛好時(shí)應(yīng)的是彈簧壓縮量從x2到最大，再恢復(fù)到x2這一過程，所用的時(shí)間相等，木板始末位置的速度根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知也相等，只是方向相反。求解木板位移比較麻煩，但求解題中所問的內(nèi)能相對(duì)好辦，將板塊及彈簧整個(gè)系統(tǒng)來分析，彈簧彈性勢(shì)能全程算總帳未發(fā)生變化，木板動(dòng)能也未變化，動(dòng)能發(fā)生變化的是物塊，而且肯定減小，物供減小的動(dòng)能即系統(tǒng)因摩擦轉(zhuǎn)化的內(nèi)能。

?

將簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)放在計(jì)算題中考查，而且穿的是板塊及彈簧的難外衣，估計(jì)這一問一看道具這個(gè)樣子及所問問題，就把學(xué)生嚇跑了。但若對(duì)教材中所學(xué)的各類特殊運(yùn)動(dòng)相當(dāng)熟悉的話，則在佩服命題者巧妙構(gòu)思的同時(shí)，會(huì)心一笑，也就可以順利拿下了。抓好根本是突破全體的有力手段。

關(guān)鍵詞