题目内容

9.如图所示,在倾角a=30°的光滑斜面上,并排放着质量分别为mA=10kg和mB=2kg的A、B两物块.一劲度系数k=400N/m的轻弹簧一端与物块B相连,另一端与固定挡板相连.整个系统处于静止状态.现对A施加一沿斜面向上的力F使物块A沿斜面向上作匀加速运动.已知力F在前0.2s内为变力,0.2s后为恒力,g取10m/s2.求
(1)匀加速运动时加速度的大小
(2)求此过程中F的最大值和最小值.

分析 先根据平衡条件求出弹簧开始的压缩量,因为在前0.2 s时间内,F为变力,0.2s以后,F为恒力,所以在0.2s时,A、B分离,B对A的作用力为0,对物体B运用牛顿第二定律列式得出F与加速度的关系式,当A、B开始运动时拉力最小,当A、B分离时拉力最大,根据牛顿第二定律即可求解;

解答 解:(1)设刚开始时弹簧压缩量为x0,则有:
(mA+mB)gsin θ=kx0…①
因为在前0.2 s时间内,F为变力,0.2 s以后,F为恒力,所以在0.2 s时,B对A的作用力为0,由牛顿第二定律知:
kx1-mBgsin θ=mBa…②
前0.2 s时间内A、B向上运动的距离为:
x0-x1=$\frac{1}{2}$at2…③
①②③式联立解得:a=5 m/s2
(2)当A、B开始运动时拉力最小,此时有:
Fmin=(mA+mB)a=60N
当A、B分离时拉力最大,此时有:
Fmax=mA(a+gsin θ)=100N.
答:(1)匀加速运动时加速度的大小为5 m/s2;
(2)F的最大值为100N,最小值为60N.

点评 从受力角度看,两物体分离的条件是两物体间的正压力为0.从运动学角度看,一起运动的两物体恰好分离时,两物体在沿斜面方向上的加速度和速度仍相等.

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