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高中物理
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计算题
1.
(2024高三下·云南模拟)
如图甲所示,按压式圆珠笔可以简化为外壳、内芯和轻质弹簧三部分。某按压式圆珠笔内芯的质量为m,外壳的质量为4m,外壳与内芯之间的弹簧的劲度系数为k。如图乙所示,先把笔竖直倒立于水平硬桌面上,用力下压外壳使其下端接触桌面(如位置a),此时弹簧的压缩量
, 然后将圆珠笔由静止释放,弹簧推动圆珠笔外壳竖直上升,经过时间t外壳的速度达到最大,且此时外壳与内芯发生碰撞(碰撞时间极短),碰后内芯与外壳以共同的速度一起上升到最大高度处(如位置c)。已知弹簧弹性势能的计算公式为
, x为弹簧的形变量,不计空气阻力与一切摩擦。
(1) 当弹簧的压缩量为多少时,外壳的速度达到最大?外壳的最大速度为多少?
(2) 外壳与内芯碰撞前,弹簧对外壳的冲量为多大?
(3) 圆珠笔外壳下端离开桌面的最大高度是多少?
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