如圖所示,一個彈簧台秤的秤盤質量和彈簧質量都不計,盤內放一個物體P處於靜止,P的質量m=12kg,彈簧的勁度係數k=30

題目:

如圖所示,一個彈簧台秤的秤盤質量和彈簧質量都不計,盤內放一個物體P處於靜止,P的質量m=12kg,彈簧的勁度係數k=300N/m.現在給P施加一個豎直向上的力F,使P從靜止開始向上做勻加速直線運動,已知在t=0.2s內F是變力,在0.2s以後F是恆力,g=10m/s2,則F的最小值、最大值各是多少?

解答:

設剛開始時彈簧壓縮亮爲x,則:
x=
mg
k=
120
300m=0.4m,
在前0.2s時間內,有運動學公式得:x=
1
2at2
代入數據得:a=20m/s2
由牛頓第二定律得開始時的力爲:Fmin=ma=12×20=240N,
最終分離後的力爲:Fmax-mg=ma,
即:Fmax=m(g+a)=12×(10+20)=360N;
答:F的最大值和最小值分別爲360N、240N.

試題解析:

在P和秤盤分離之前F爲變力,分離後,F爲恆力;兩物體分離瞬間,P對秤盤無作用力,彈簧處於原長,但P的加速度還與原來一樣,此後P做勻速運動,而從開始到分離歷時0.2s,由分析可知,剛開始時F最小,F爲恆力時最大.

名師點評:

本題考點: 牛頓第二定律;胡克定律.
考點點評: 彈簧的彈力是變力,分析好何時兩者分離是關鍵,此時兩者間無作用力,此時彈簧處於原長,另外牛頓定律與運動學公式的熟練應用也是同學必須掌握的.

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