如图,质量为2m的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为3m的物体B相连,弹簧的劲度系数为k,A、B都处于静止状态.一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮,一端连物体A,另一端连一轻挂钩.开始时各段绳都处于伸直状态,A上方的一段绳沿竖直方向.现在挂钩上挂一质量为2.5m的物体C并从静止状态释放,已知它恰好能使B离开地面但不继续上升,已知重力加速度为g.试求:
(1)物体C在最低点时,轻绳的拉力是大于、等于或小于2.5mg?
(2)物体C下降的最大距离;
(3)物体C下降到速度最大时,地面对B的支持力多大?
网友回答
解:(1)当挂一质量为2.5m的物体C时,恰好能使B离开地面但不继续上升,表示此时A和C的速度为零,说明C先做加速运动,后做减速运动,到达最低点时加速度方向向上,根据牛顿第二定律可知C物体的合力方向向上,所以绳子的拉力大于重力2.5mg;
(2)开始时,A、B静止,设弹簧压缩量为x1,有
kx1=mlg=2mg????
挂C并释放后,C向下运动,B向上运动,设B刚要离地时弹簧伸长量为x2,有
kx2=m2g=3mg????
B不再上升,表示此时A和C的速度为零,C已降到其最低点.
所以
(3)③物体C下降到速度最大时,C的加速度等于零,此时绳子的拉力等于C的重力,即F=2.5mg
此时?aA=0,则F弹=T-2mg=0.5mg
对B受力分析得:F弹+FN=3mg
解得:FN=2.5mg
答:(1)物体C在最低点时,轻绳的拉力大于2.5mg;
(2)物体C下降的最大距离为;
(3)物体C下降到速度最大时,地面对B的支持力为2.5mg.
解析分析:(1)当挂一质量为2.5m的物体C时,恰好能使B离开地面但不继续上升,表示此时A和C的速度为零,说明C先做加速运动,后做减速运动,到达最低点时加速度方向向上,根据牛顿第二定律即可求解;
(2)先求出没有挂C物体时弹簧的压缩量,再求出弹簧的伸长量,两者之和即为C下降的最大距离;
(3)物体C下降到速度最大时,C的加速度等于零,此时绳子的拉力等于C的重力,对A进行受力分析,此时A的加速度也等于零,进而求出弹簧的弹力,再对B进行受力分析,根据平衡条件即可求解.
点评:对于含有弹簧的问题,都要分析弹簧的状态,弹簧通常有三种状态:原长、伸长和压缩,根据几何关系研究物体上升的高度是常用的思路.