如图所示,固定光滑斜面倾角
, 斜面底端有与斜面垂直的挡板P,与斜面平行的轻弹簧一端固定在挡板P上,另一端与物块b连接,物块a与b不粘连。初始时,a、b静止在斜面上,a到斜面顶端的距离
。现对a施加平行斜面向下的恒力F,当b运动到最低点时撤去F。已知物块a、b均可视为质点,质量均为
, 弹簧的劲度系数
, 弹簧的弹性势能表达式为
(x为弹簧的形变量),弹簧始终处于弹性限度内,重力加速度g取
。求:
(1)未施加恒力F时弹簧的压缩量;
(2)若b运动过程中弹簧弹力的最大值为20N,恒力F的大小;
(3)要使a不滑离斜面,恒力F应满足的条件。