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105學測自然試題-45


<多選題>當木塊與水平面間有摩擦力時,木塊與彈簧系統的力學能會持續減少。在有摩擦力的情況下,下列敘述哪些正確?(應選2項)
(A) 彈簧最大壓縮量 $x \lt\sqrt{\frac{m}{k}}v$
(B) 木塊彈回右方起始位置時速率小於 v
(C) 木塊彈回右方起始位置時速率等於 v
(D) 當彈簧的壓縮量為最大時,系統的力學能為最小
(E) 當彈簧的壓縮量為最大時,系統的力學能為最大

答案

有摩擦力,力學能減少。(A)正確,最大壓縮時彈簧位能來自部分初始動能,故x_max減小。(B)正確,往返過程均有摩擦耗能,彈回速率小於v。(C)錯誤。(D)正確,壓縮最大時,木塊瞬間靜止,動能為0,彈簧位能為此時力學能,但之後彈簧釋放,木塊會再獲得動能,故此時刻是運動過程中力學能的一個局部極小值?嚴格來說,力學能隨時間單調減少,所以在最末狀態(木塊停止)力學能最小。但在壓縮最大時,並非全程最小,因為之後反彈回來到停止,力學能更小。所以(D)敘述不嚴謹。但通常選擇題會認為壓縮最大時,是該瞬間的力學能值,而力學能是一直在減少的,所以壓縮最大時的力學能大於最終停止時的力學能。故(D)可能不算正確。(E)錯誤,初始時力學能最大。因此正確選項為(A)(B)。答案:(A)(B) 報錯
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