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16.如图所示,劲度系数为k=10N/m的轻弹簧竖直固定在水平面上,一个质量为m=0.1kg的小球从距弹簧上端h=0.4m高由静止落下,与弹簧接触后又被弹簧弹起,整个过程都在弹簧的弹性限度内,弹簧的弹性势能是EP=kx2/2(g=10m/s2)求:
(1)弹簧被压缩至最短时的形变量
(2)小球被弹起过程中的最大动能.

分析 (1)弹簧被压缩至最短时,小球的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能,根据小球和弹簧组成的系统机械能守恒求解.
(2)当弹簧的弹力与重力大小相等时小球的动能最大,根据胡克定律和平衡条件求出此时弹簧的压缩量,再由系统机械能守恒求解.

解答 解:(1)设弹簧被压缩至最短时的形变量为x.
根据小球和弹簧组成的系统机械能守恒得
  mg(h+x)=$\frac{1}{2}$kx2
可得 x=0.4m
(2)当弹簧的弹力与重力大小相等时小球的动能最大,则 mg=kx0
根据小球和弹簧组成的系统机械能守恒得  mg(h+x0)=$\frac{1}{2}$kx02+Ekm
解得小球被弹起过程中的最大动能 Ekm=0.45J
答:
(1)弹簧被压缩至最短时的形变量是0.4m.
(2)小球被弹起过程中的最大动能是0.45J.

点评 解决本题的关键知道在运动过程中,动能、重力势能、弹性势能相互转化,系统的机械能守恒.在平衡位置时速度最大.

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