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试卷云
如图,倾角为30°且足够长的光滑斜劈固定在水平面上,P、Q两个物体通过轻绳跨过光滑定滑轮连接,Q的另一端与固定在水平面的轻弹簧连接,P和Q的质量分别为4m和m。初始时,控制P使轻绳伸直且无拉力,滑轮左侧轻绳与斜劈上表面平行,右侧轻绳竖直,弹簧始终在弹性限度范围内,弹簧劲度系数为k,重力加速度大小为g。现无初速释放P,则在物体P沿斜劈下滑过程中( )
A. 轻绳拉力大小一直增大 B. 物体P的加速度大小一直增大
C. 物体P沿斜劈下滑的最大距离为 D. 物体P的最大动能为
【答案】AD
【解析】
【详解】B.设物体P向下运动过程中的位移为x,弹簧的形变量为Δx,开始时弹簧的弹力表现为支持力,从释放P到弹簧恢复原长过程中,对P、Q整体根据牛顿第二定律
可得
随着x增大Δx减小,则加速度逐渐减小,当弹簧恢复原长后,弹簧表现为拉伸状态,弹簧弹力为拉力,随着x增大Δx增大,根据牛顿第二定律
可得
随着x增大Δx增大,当mg > kΔx时,随着x增大,加速度逐渐减小,当kΔx > mg时,随着x增大,加速度反向增大,所以物体P的加速度大小先减小后反向增大,故B错误;
A.以P为研究对象,设绳子拉力为T,根据牛顿第二定律
可得弹簧恢复原长前
随着Δx减小T增大;
弹簧恢复原长后
可知随着Δx增大,T逐渐增大,所以轻绳拉力大小一直增大,故A正确;
C.没有释放物体P前,根据平衡条件
可得
物体P沿斜劈下滑的最大距离为xmax,根据系统机械能守恒可得
解得
故C错误;
D.当P的加速度为零时,速度最大,动能最大,此时根据平衡条件
解得
可知P动能最大时,弹簧的弹性势能与初始状态相等,设P的动能为Ek,根据可知Q的动能为,根据动能定理
解得
故D正确。
故选AD。