题目
有一劲度系数为 k 的轻弹簧,竖直放置,下端悬一质量为 m 的小球。先使弹簧为原长,而小球恰好与地接触。再将弹簧上端缓慢地提起,直到小球刚能脱离地面为止。在此过程中外力所作的功为 _______。
有一劲度系数为 $k$ 的轻弹簧,竖直放置,下端悬一质量为 $m$ 的小球。先使弹簧为原长,而小球恰好与地接触。再将弹簧上端缓慢地提起,直到小球刚能脱离地面为止。在此过程中外力所作的功为 _______。
题目解答
答案
根据题意,当小球刚好脱离地面时,弹簧伸长量为 $ x = \frac{mg}{k} $。
在缓慢提起过程中,外力 $ F_{\text{外}} = kx' $,做功为:
\[
W = \int_0^x kx' \, dx' = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} k \left( \frac{mg}{k} \right)^2 = \frac{m^2 g^2}{2k}
\]
此过程中,小球未升高,重力势能未增加,外力做功仅用于增加弹簧弹性势能。
因此,外力所做的功为 $ \frac{m^2 g^2}{2k} $。
答案:正确。