题目内容

如图所示,一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细线上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为θ,l2水平拉直,物体处于平衡状态,现将l2线剪断,求剪断瞬间物体的加速度.

(1)下面是某同学对该题的一种解法.

解:设l1线上拉力为T1,l2上拉力为T2,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡T1cosθ=mg T1sinθ=T2,T2=mgtanθ.

剪断线的瞬间,T2突然消失,物体即在T2反方向获得加速度.因为mgtanθ=ma,所以加速度a=gtanθ,方向在T2反方向.你认为这个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明理由.

(2)若将图A中的细线l1改为长度相同、质量不计的轻质弹簧,如图B所示,其他条件不变,求解的步骤和结果与(1)完全相同,即a=gtanθ,你认为这个结果正确吗?请说明理由.

答案:(1)gsinθ;(2)gtanθ
解析:

  分析:本题主要考查弹力变化和牛顿第二定律的应用.物体的加速度与物体所受的合外力是瞬时对应关系,当剪断l2的瞬间,判断绳l1和弹簧的弹力是否变化,从而求解加速度的大小和方向.

  解:(1)结果不正确.因为l2被剪断的瞬间,l1上张力的大小发生了突变,此瞬间小球受力如图所示,此瞬间沿绳方向的合外力为零,即

  T2=mgcosθ

  小球所受合外力:

  F合=mgsinθ

  根据牛顿第二定律,小球加速度a,则

  F=ma,a==gsinθ

  方向与合外力方向相同,如图所示.

  (2)结果正确.因为l2被剪断的瞬间,弹簧l1的长度不能发生突变,T1的大小和方向都不变.


提示:

一般产生弹力的物体可分为两类,一类是两端连有物体的弹簧(尤其是软弹簧),它的形变发生改变的过程因两端物体的惯性而需时较长,在很短的时间内形变量可认为是不变的,但若弹簧只有一端连有物体时,其弹力变化是瞬时完成的;另一类是钢丝(包括细丝)等属于刚体,它的形变过程需时极短,在极短时间内弹力能发生很大的变化.所以遇到研究弹力变化的问题,先要把研究对象等效为软弹簧模型或刚体模型.然后再进行分析计算.


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