Question

两木块A、B质量分别为m、M，用劲度系数为k的轻弹簧连在一起，放在水平地面上，如右图所示，用外力将木块A压下一段距离静止，释放后A上下做简谐振动。在振动过程中，木块B刚好始终不离开地面（即它对地面最小压力为零）。求：

（1）木块A的最大加速度；
（2）木块B对地面的最大压力大小；
（3）要使B离开地面，将A下压至静止的外力至少多大？

Answer 1

(1)
(2)
(3)

分析：（1）撤去外力后，A以未加压力时的位置为平衡位置做简谐振动，当B刚好要离开地面时，A处于最高点时，A的加速度最大，根据牛顿第二定律即可求解；
（2）当A处于最低点时，加速度最大且方向向上，此时弹簧对B的压力最大，即木块B对地面的压力最大；
（3）要使B离开地面，即当弹簧处于伸长至最长状态时，M刚好对地面压力为零时，F取最小值，根据第一问即可求解．
解答：解：（1）当弹簧处于伸长至最长状态时，M刚好对地面压力为零，
故弹簧中弹力F=Mg；此时m有最大加速度，由F+mg=ma，得：a=．
（2）由对称性，当m运动至最低点时，弹簧中弹力大小为F，但此时弹簧是处于压缩状态，
根据牛顿第二定律得：f-mg=ma，即f=m（g+a）=2mg+Mg
所以F_压=f+Mg=2（m+M）g
（3）要使B离开地面，即当弹簧处于伸长至最长状态时，M刚好对地面压力为零时，F取最小值，
所以F≥ma=（m+M）g，即将A下压至静止的外力至少为（m+M）g
答：（1）木块A的最大加速度为a_m=；（2）木块B对地面的最大压力大小为2（m+M）g；（3）要使B离开地面，将A下压至静止的外力至少为（m+M）g．
点评：本题要注意撤去外力后，A以未加压力时的位置为平衡位置做简谐振动，当B刚好要离开地面时，A处于最高点时，A的加速度最大，A处于最低点时，弹簧对B的压力最大，难度适中．