题目内容
【题目】如图所示,一劲度系数为k的轻质弹簧,下端固定在水平地面上,上端与物体A连接。物体A又与一跨过定滑轮的不可伸长的轻绳一端相连,绳另一端悬挂着物体B,B的下面又挂着物体C,A、B、C均处于静止状态。现剪断B和C之间的绳子,则A和B将做简谐运动。已知物体A质量为3m,B质量为2m,C质量为m。试求:
(1)A和B振动的振幅;
(2)振动过程中,绳对物体B的最大拉力和最小拉力;
(3)若选定弹簧原长时弹性势能为0,求振动过程中弹簧的最大弹性势能。
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【答案】(1)
(2)2.4mg ,1.6mg(3)![]()
【解析】试题分析(1)剪断细绳前后,分析对A和BC整体受力分析,根据平衡条件求振幅;(2)剪断细绳瞬间,B所受拉力最大,分别对A、B受力分析,由牛顿第二定律求
最大拉力;B运动到最高点时拉力最小,根据牛顿第二定律求出最小拉力;(3)根据机械能守恒定律求解最大弹性势能。
(1)剪断细绳前,以B、C为研究对象:![]()
以A为研究对象有:![]()
解得:x=0,即弹簧为原长
剪断细绳后,当A、B振动幅度达到最大时,
以B为研究对象:
,以A为研究对象有:![]()
解得:![]()
由振幅定义可知:
(2)剪断细绳瞬间,B所受拉力最大,由牛顿第二定律得:
对B受力分析:
,对A受力分析:![]()
解得:
B运动到最高点时拉力最小,由运动的对称性可知:![]()
解得:![]()
(3)根据机械能守恒定律得:![]()
解得:
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