题目内容

2.如图所示,质量分别为m和2m所小球A和B,用轻弹簧相连后再用细线悬挂于电梯内,已知电梯正在竖直向上做匀加速直线运动,细线上的拉力为F.此时突然剪断细线,在细线断的瞬间,弹簧的弹力大小和小球A的加速度大小分别为(  )
A.$\frac{F}{3}$,$\frac{F}{3m}$+gB.$\frac{F}{3}$,$\frac{2F}{3m}$+gC.$\frac{2F}{3}$,$\frac{F}{3m}$+gD.$\frac{2F}{3}$,$\frac{2F}{3m}$+g

分析 以整体为研究对象求出整体向上运动的加速度,在以A和B分别为研究对象求弹簧中的弹力,剪断细线瞬间绳的弹力立即消失,弹簧弹力由于形变没有变化而瞬间不变,再根据牛顿第二定律分析球A的加速度大小.

解答 解:以AB整体为研究对象受力分析根据牛顿第二定律有整体加速度为:a=$\frac{F-3mg}{3m}$,
再以B为研究对象,B受弹力和重力作用而产生向上的加速度,故有:F-2mg=2ma
得此时弹簧中弹力为:F=2mg+2ma=2mg+2m$\frac{F-3mg}{3m}$=$\frac{2F}{3}$,
又在线断瞬间,弹簧形变没有变化,线断瞬间弹簧弹力仍为$\frac{2F}{3}$;
线断瞬间以A为研究对象,A受重力和弹簧弹力作用产生加速度,由牛顿第二定律得:F+mg=maA
解得:aA=$\frac{\frac{2F}{3}+mg}{m}$=$\frac{2F}{3m}$+g,故ABC错误,D正确.
故选:D.

点评 本题考查牛顿第二定律的瞬时性问题.此类题目的分析方法是运用整体法和隔离法对物体受力分析,利用牛顿第二定律求解;
解答此题的关键是知道线断瞬间弹力立即消失,但是弹簧的形变量在这一瞬间保持不变,即瞬间弹簧弹力保持不变.

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