题目
一轻质弹簧一端固定,另一端与质量为m的滑块相连,滑块放在光滑水平面上。现将滑块拉离平衡位置O,使弹簧伸长了x_0,然后由静止释放滑块。已知弹簧的劲度系数为k,不计空气阻力。当滑块运动到平衡位置O时,滑块的速度大小为A. (x_0)/(2)sqrt((k)/(m))B. x_0sqrt((m)/(k))C. (x_0)/(2)sqrt((m)/(k))D. x_0sqrt((k)/(m))
一轻质弹簧一端固定,另一端与质量为$m$的滑块相连,滑块放在光滑水平面上。现将滑块拉离平衡位置$O$,使弹簧伸长了$x_0$,然后由静止释放滑块。已知弹簧的劲度系数为$k$,不计空气阻力。当滑块运动到平衡位置$O$时,滑块的速度大小为
A. $\frac{x_0}{2}\sqrt{\frac{k}{m}}$
B. $x_0\sqrt{\frac{m}{k}}$
C. $\frac{x_0}{2}\sqrt{\frac{m}{k}}$
D. $x_0\sqrt{\frac{k}{m}}$
题目解答
答案
D. $x_0\sqrt{\frac{k}{m}}$
解析
本题考查机械能守恒定律在弹簧振子中的应用。
关键分析分析
滑块在光滑水平面上运动,仅受弹簧弹力(保守力作用,机械能守恒。初始状态:滑块静止,弹簧伸长$x_0$,此时系统机械能为弹簧的弹性势能$动能为0);当滑块运动到平衡位置\(O$时,弹簧无形变,弹性势能为0,系统机械能全部转化为滑块的动能。
能量守恒方程
弹性势能公式:$E_p = \frac{1}{2}kx^2\prime2$($x^\prime$为弹簧形变量)
初始弹性势能:$E_{p0} = \frac{1}{2}kx_0^2$
末态动能:$E_k = \frac{1}{2}mv^2$($v$为平衡位置速度)
由机械能守恒:$\frac{1}{2}kx_0^2 = \frac{1}{2}mv^2$
求解速度$v$
化简方程:
$kx_0^2 = mv^2 \implies v^2 = \frac{k}{m}x_0^2 \implies v = x_0\sqrt{\frac{k}{m}}$