题目内容
如图所示,质量m的物体(可视为质点)在竖直轻质弹簧上做简谐运动,当振幅为A时,木块对弹簧压力的最大值为木块重力的1.5倍,求:
(1)木块对弹簧压力的最小值为多少?
(2)欲使木块不脱离弹簧,其振幅不能超过多少?
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因为木块在竖直方向上做简谐运动,依题意木块在最低点时对弹簧的压力最大,在最高点对弹簧的压力最小.
(1)在最低点根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,代入数据解得a=0.5 g.由最高点和最低点相对平衡位置对称,加速度大小等值反向,所以最高点的加速度大小为a′=0.5 g,在最高点根据牛顿第二定律有mg-FN′=ma′,故FN′=mg-ma′=0.5 mg.
(2)要使木块不脱离弹簧,设其振幅不能超过A′,此时木块振到最高点恰在弹簧原长处,此时的最大加速度为g,由a=-
x知,当振幅为A时,在最低点有0.5 g=-
A;当振幅为A′时,在最高点有g=-
A′,由此可得A′=2A.
答案:(1)0.5 mg (2)2A
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