高中物理·机械能守恒三题联练

斜面摩擦弹簧 · 过山车临界 · 弹簧枪上抛(交互式答题 + AI助手)

题一:斜面 + 摩擦 + 弹簧

同法:机械能守恒 + 摩擦做负功
题目内容

质量为 m 的小球从倾角为 θ、高度为 H 的粗糙斜面顶端由静止释放。斜面与水平地面平滑连接,地面上有一劲度系数为 k 的轻质弹簧。已知动摩擦因数为 μ,水平地面光滑,g=9.8 m/s²。

  1. 求弹簧的最大压缩量 xmax
  2. 若要使小球"恰好滑不到弹簧",求临界动摩擦因数 μc
核心方法:能量守恒 + 摩擦力做功。重力势能 = 弹性势能 + 摩擦耗能。

🔧 解题思路

斜面长度:s = H / sinθ
① 能量方程:mgH = ½kx²max + μmg·cosθ·s
   xmax = √[(2/k)(mgH - μmg·cosθ·s)]
② 临界条件:到底端速度为0
   mgH = μcmg·cosθ·s → μc = tanθ

调整参数观察最大压缩量和临界摩擦因数的变化

最大压缩 xmax (m)
临界摩擦因数 μc
斜面长度 s (m)