Question

14．如圖所示，勁度系數(shù)為k的輕質彈簧，一端系在豎直放置、半徑為R的光滑圓環(huán)頂點P，另一端連接一套在圓環(huán)上且質量為m的小球．開始時小球位于A點，此時彈簧處于原長且與豎直方向的夾角為45°，之后小球由靜止沿圓環(huán)下滑，小球運動到最低點B時的速率為v，此時小球與圓環(huán)之間的壓力恰好為零，已知重力加速度為g，下列分析正確的是（　�。�

• A． 輕質彈簧的原長為R
• B． 小球過B點時，彈簧的彈力為m$\frac{{v}^{2}}{R}$+mg
• C． 小球從A到B的過程中，重力勢能轉化為彈簧的彈性勢能和小球的動能
• D． 小球運動到B點時，彈簧的彈性勢能為mgR-$\frac{1}{2}$mv²

Answer 1

分析 從A運動到B的過程中，小球的機械能減�。�小球受到彈簧的彈力做負功，重力做正功，根據(jù)功能關系分析能量是如何轉化的．小球過B點時，由重力和彈簧彈力的合力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律求出彈簧的彈力．

解答 解：A、由題意知，小球位于A點時彈簧處于原長，由幾何知識可知彈簧的原長為 $\sqrt{2}$R，故A錯誤；
B、小球過B點時，由重力和彈簧彈力的合力提供小球的向心力，根據(jù)向心力公式：F-mg=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，則得彈簧的彈力F=m$\frac{{v}^{2}}{R}$+mg，故B正確；
C、以小球和彈簧組成的系統(tǒng)為研究對象，在小球從A到B的過程中，只有重力和彈簧的彈力做功，系統(tǒng)的機械能守恒，小球重力勢能減小轉化為彈簧的彈性勢能和小球的動能．故C正確．
D、根據(jù)能量的轉化與守恒：mgR=$\frac{1}{2}$mv²+E_P 得：彈簧的彈性勢能為 E_P=mgR-$\frac{1}{2}$mv²，故D正確；
故選：BCD．

點評 此題中小球的機械能不守恒，可以從能量轉化的角度進行分析．小球過B點時，彈簧的彈力不是合力，不能得到這樣的表達式：F=m$\frac{{v}^{2}}{R}$．