题目内容

如图所示,一劲度系数为k=800N/m的轻弹簧两端各连接着两个质量均为m=12kg的物体A和B,物体A、B和轻弹簧竖立静止在水平地面上,现加一竖直向上的力F在上面物体A上,使物体A开始向上做匀加速运动,经0.4s,物体B刚要离开地面,设整个过程弹簧都处于弹性限度内(取g=10m/).求:

(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值;

(2)此过程中外力F所做的功.

答案:
解析:

  (1)设物体A上升前,弹簧的压缩量为,物体B刚要离开地面时弹簧的伸长量为,物体A上升的加速度为a,物体A原来静止时,因受力平衡,有

k=mg  ①

  当施加向上的力,使物体A刚做匀加速运动时,拉力最小,设为,对物体A有

+k-mg=ma  ②

  当物体B刚要离开地面时,所需拉力最大,设为,对物A有

-k-mg=ma  ③

  对物B有:     k=mg  ④

  由位移公式,对物体A有:

+=a  ⑤

  由①、④两式得:

====m  ⑥

  由⑤、⑥两式解得:

a=3.75m/

  解②、③得:=45N,=285N

  (2)在力作用的0.4s内,在初末状态有=,弹性势能相等,由能量守恒知,外力做了功,将其他形式的能转化为系统的重力势能和动能,即

=mg(+)+m=49.5J


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