题目内容

【题目】如图所示,水平面上质量均为4kg的两木块A、B用一轻弹簧相连接,整个系统处于平衡状态.现用一竖直向上的力F拉动木块A,使木块A向上做加速度为5m/s2的匀加速直线运动.从力F刚作用在木块A的瞬间到B刚离开地面的瞬间这个过程,下列说正确的是(g=10m/s2)( )

A.力F的最大值为60N
B.力F的最小值为20N
C.当弹簧形变程度最小时,力F的值一定为60N
D.当弹簧形变程度最大时,力F的值一定为100N

【答案】B,C
【解析】解:AB、对物体A分析,受拉力F、重力G、弹簧的弹力,由于弹簧的弹力向上时在减小,向下时在增加,物体是匀加速运动,故拉力F逐渐增加;

设初始状态时,弹簧的压缩量为x0,弹簧劲度系数为k,物体的质量为m,则kx0=mg;

力F作用在木块A上后,选取A为研究对象,其受到竖直向上的拉力F、竖直向下的重力mg和弹力k(x0﹣x)三个力的作用,

根据牛顿第二定律,F+k(x0﹣x)﹣mg=ma,即 F=ma+kx=20+kx;

开始时拉力最小,x=0,故拉力为20N;

当弹簧对物体B竖直向上的弹力等于重力时B刚好离开地面,此时弹簧对物体A施加竖直向下的弹力F,大小为mg=40N,

对物体A运用牛顿第二定律有F﹣mg﹣F=ma,

代入数据,可求得F=100N;

即拉力的最大值为100N,最小值为20N,A不符合题意,B符合题意;

C、当弹簧形变程度最小时,弹力为零,对物体A,根据牛顿第二定律,有:F﹣mg=ma,故F=m(g+a)=4×(10+5)=60N,C符合题意;

D、由以上分析可知,弹簧在最高点和最低点时的形变量均最大,最高点时拉力为100N,而在最下端时拉力为20N,D不符合题意;

故答案为:BC

本题涉及零件先要找出临界值,由于物体运动是匀加速运动,拉力刚作用上时有最小值,全部离开弹簧是有最大值。

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