一道物理题……想不通额.将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示.在箱的顶板和下底装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,
来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/12/25 00:18:35
一道物理题……想不通额.将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示.在箱的顶板和下底装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,
一道物理题……想不通额.
将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示.在箱的顶板和下底装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示压力为6N,下底板的压力传感器显示压力为10N(g取10m/s2),若上顶板的压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况;要使上顶板压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动情况可能怎样?
一道物理题……想不通额.将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图所示.在箱的顶板和下底装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动,当箱以a=2m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时,
先说一句:速度与物体受力情况无直接联系,所以我们只关心加速度.
1、受力分析:
先说整个系统中,我们所知道的力有哪些:
①金属块重力:mg;
②弹簧→金属块:T1;(当然还有:金属块→弹簧:T1′)
③弹簧→箱(底):T2;(箱(底)→弹簧:T2′)
④箱(顶)→金属块:N1;
⑤金属块→箱(顶):N2;
也许箱子还受到重力、其他的拉力,但我们不关心那些.
2、确定正方向:以竖直向下为正方向;
我们上面所用到的各个符号,都只表示大小,矢量的方向通过加减运算表示.
3、各种力的关系:
①mg:恒定不变;
②T1 ≡ T1′、T2 ≡ T2′、N1 ≡ N2:这是作用力与反作用力的关系;
③T1 ≡ T2:因为弹簧合力为零(虽然加速度不是零,但其质量为零),即:T1′ ≡ T2′;
④N2 = 6 N:即箱顶传感器所受压力;所以:N1 = N2 = 6 N;
⑤T2 = 10 N:即箱底传感器所受压力;所以:T1 = T2 = 10 N;
4、根据金属块受力情况,列方程:
ma = mg + N1 - T1
代入数值:
2m = 10m + 6 - 10;(均为标准单位,故省略之)
解,得:
m = 0.5 kg
所以,金属块的重力为:mg = 5 N;合力为:ma = 1 N;
5、由题目可知,弹簧处于压缩状态,且无法继续伸长.那么要改变弹簧弹力(即T1、T2),只有继续压缩弹簧.而这样做的结果是:
①T1、T2继续增大;即:T2 >10 N;
②N1、N2变为零:因为弹簧压缩导致金属块与箱顶分离;即:N2 = 0;
那么,箱顶传感器示数(N2)就不可能是箱底传感器示数(T2)的一半了.所以,要想使T2、N2满足这样的关系,不能改变T2,只能改变N2.
即:令 T2 = 10 N 不变;想办法使 N2 = 5 N.
这时,金属块的受力情况为:
mg + N2 - T2 = 5 N + 5 N - 10 N = 0;
合力为零,所以金属块只能做匀速直线运动或静止.
6、要使箱顶传感器示数为零,即:N2 = 0,那么,金属块与箱顶必然处于一种“虚接触”或“完全脱离”状态.而前者是临界状态,此时,弹簧长度即将改变却尚未改变,所以,T2 = 10 N;后者,弹簧已被进一步压缩,故:T2 >10 N.
这时,金属块的受力情况为:
mg + N2 - T2 = 5 + 0 - T2 ≤ -5 N
即,合外力竖直向上,且至少为 5 N;那么向上的加速度(大小)为:
a = F合 / m ≥ 10 m/s²
即,金属块要以至少 10 m/s² 的竖直向上加速度运动.可以是向上加速,也可以是向下减速.
向心力并不一定是合力,向心力是指物体做圆周运动时,沿半径指向圆心方向的外力,也就是径向力。电场力在半径方向没有分力,对向心力没有贡献。