题目列表(包括答案和解析)
在探究某种笔的弹跳问题时,建立以下简化模型进行研究。
把笔分为轻质弹簧、圆筒和直杆三部分,薄挡板P固定在直杆上,轻质弹簧的两端分别固定在圆筒顶部和薄挡板P上,质量为M的圆筒可沿直杆无摩擦滑动,直杆和挡板P的总质量为m。开始时将笔直立于水平桌面,在桌面上方的矩形区域内有竖直向上的匀强电场,带正电的挡板P非常靠近电场的上边界,挡板P与周围物体绝缘接触,受到的电场力与笔的重力大小相等。向上移动圆筒使弹簧处于原长状态,此时挡板P刚好与圆筒底部接触,如图甲所示。现用力缓慢向下压圆筒,使圆筒底部恰好与水平桌面接触,此过程中压力做功为W,如图乙所示。撤除压力,圆筒弹起并与挡板P碰撞,两者一起上升到最大高度后自由落下,此后直杆在桌面上多次跳动。
假设圆筒与挡板P每次碰撞结束时均具有相同速度,碰撞时间均忽略不计。直杆与桌面每次碰撞后均不反弹,直杆始终保持竖直状态。不计一切摩擦与空气阻力,重力加速度大小为g,求:
(1)直杆第一次上升的最大高度h1;
(2)直杆运动的总路程h。
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