Question

如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上质量为m的物体接触（未连接），弹簧水平且无形变．用水平力F缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x，此时物体静止．撤去F后，物体开始向左运动，运动的最大距离为3x．物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g．则（ ）

A．撤去F后，物体先做匀加速运动，再做匀减速运动
B．F对弹簧做的功为3μmgx
C．物体做匀减速运动的时间为2
D．物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为μmgx

Answer

本题通过分析物体的受力情况，来确定其运动情况：撤去F后，物体水平方向上受到弹簧的弹力和滑动摩擦力，滑动摩擦力不变，而弹簧的弹力随着压缩量的减小而减小，可知加速度先减小后增大，物体先做变加速运动，再做变减速运动，最后物体离开弹簧后做匀减速运动；撤去F后，根据牛顿第二定律求解物体刚运动时的加速度大小；物体离开弹簧后通过的最大距离为3x，由牛顿第二定律求得加速度，由运动学位移公式求得时间；当弹簧的弹力与滑动摩擦力大小相等、方向相反时，速度最大，可求得此时弹簧的压缩量，即可求解物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功．
【解析】
A、撤去F后，物体水平方向上受到弹簧的弹力和滑动摩擦力，滑动摩擦力不变，而弹簧的弹力随着压缩量的减小而减小，弹力先大于滑动摩擦力，后小于滑动摩擦力，则物体向左先做加速运动后做减速运动，随着弹力的减小，合外力先减小后增大，则加速度先减小后增大，故物体先做变加速运动，再做变减速运动，最后物体离开弹簧后做匀减速运动；故A错误
B、压缩过程，有功能关系知，外力做功等于弹性势能和克服摩擦力做功；释放后，对物块应用动能定理，弹力做功等于克服摩擦力做功，弹力做功大小等于弹性势能的大小，但两次克服摩擦力做功不同，故F对弹簧做的功大于3μmgx，故B错误
C、弹簧恢复原长后，物体做匀减速运动，加速度大小为a=μg，物体做匀减速运动的时间t=2，故C正确
D、当弹力等于摩擦力时，物体速度增大，此时弹簧没有恢复原长，故D错误
故选C．