Question

如图所示，一质量不计的轻质弹簧的上端与盒子A连接在一起，盒子A放在倾角为θ=30⁰的光滑固定斜面上,下端固定在斜面上.盒子内装一个光滑小球，盒子内腔为正方体，一直径略小于此正方形边长的金属圆球B恰好能放在盒内，已知弹簧劲度系数为k=100N/m，盒子A和金属圆球B质量均为1kg.，将A沿斜面向上提起，使弹簧从自然长度伸长10cm，从静止释放盒子A，A和B一起在斜面上做简谐振动，g取10m/s²，求：

（1）盒子A的振幅.
（2）金属圆球B的最大速度. （弹簧型变量相同时弹性势能相等）
（3）盒子运动到最高点时，盒子A对金属圆球B的作用力大小

Answer 1

(1) 20cm（2）（3）5N

试题分析：(1) 振子在平衡位置时，所受合力为零，
设此时弹簧被压缩Δx
 ……1′    
／=10cm……1′
释 放 时振子处在最大位移处，故振幅A为： A=10cm+10cm=20cm……2′
(2)由于开始时弹簧的伸长量恰等于振子在平衡位置时弹簧的压缩量，
故弹簧势能相等，设振子的最大速率为v，
从开始到平衡位置，根据机械能守恒定律：
  ……2′  
……2′
(3)在最高点振子受到的重力分力和弹力方向相同，根据牛顿第二定律： 
……2′   (或由对称性可得)
A对B的作用力方向向下，其大小为：==5N……2′
点评：对于简谐运动的振幅，往往根据定义去分析求解．本题的技巧在于运用简谐运动的对称性．中等难度．