如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上运动时的加速度.该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装了一个压力传感器a和b.用两根相同的轻弹簧夹着一个质量m=2.0kg的滑块,滑块可无摩擦滑动;两弹簧的另一端分别压在a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.当弹簧作用在传感器上的力为压力时,示数为正;当弹簧作用在传感器上的力为拉力时,示数为负.现将装置沿运动方向固定在汽车上.汽车静止时,a、b的示数均为10N(取g=10m/s2).
(1)若传感器b的示数为14N,a的示数应该是多少?
(2)当汽车以什么样的加速度运动时,传感器b的示数为零?
(3)若传感器b的示数为-5N,车的加速度大小和方向如何?
网友回答
解:(1)由题意知:
Fa0=Fb0=kx0=10N,
Fb=k(x0+△x)=14N??????????????????????
解之得:△Fb=k△x=4N????????????????????
代入得:Fa=k(x0-△x)=10N-4N=6N????????
(2)传感器b的示数为零时,△Fb′=10N
则Fa′=Fa0+△Fb′=10N+10N=20N??????????
对m应用牛顿第二定律得Fa′=ma
得a=m/s2=10m/s2??????????????????
加速度的方向向左.??????????????????????
(3)若当Fb′=-5N时,△Fb″=15N
则Fa″=Fa0+△Fb″=10N+15N=25N?????????????????
m受到的合力大小为F′=Fa″+=25N+5N=30N,
此时m的加速度为:m/s2=15m/s2????
方向向左.
答:(1)若传感器b的示数为14N,a的示数应该是6N;
(2)当汽车的加速度为10m/s2,方向向左时,传感器b的示数为零;
(3)若传感器b的示数为-5N,车的加速度大小为15m/s2,方向向左.
解析分析:(1)根据胡克定律求出汽车静止时ab弹簧的压缩量,再求出传感器b的示数为14N时,b弹簧又被压缩的量△x,则a又被拉伸了△x,根据胡克定律求解a的示数;
(2)(3)滑块在水平方向上受到的力为a、b两个弹簧施加的弹力,这两个弹力的合力提供加速度,根据牛顿第二定律列式求解.
点评:传感器的示数就是等于该侧弹簧的弹力,也等于弹簧施加给滑块的弹力,对滑块受力分析,运用牛顿第二定律解题.此题要注意弹簧的弹力跟伸长量或缩短量成正比.