质量分别为m1 m2的两块木板 用一个劲度为k的轻弹簧连接起来 竖直放置 如图4-5(a)所示。问至
质量分别为m1、m2的两块木板,用一个劲度为k的轻弹簧连接起来,竖直放置,如图4-5(a)所示。问至少用多大的压力加在木板m1上,才可能在压力突然撤去后,恰能使木板m2恰被提起。
请帮忙给出正确答案和分析,谢谢!
参考解答
正确答案:开始弹簧处于自然长度状态如图4-5(a)。当m1板压在弹簧上静止于点A如图4-5(b)弹簧收缩了x0。此时m1受两个力弹性力向上和重力向下。根据平衡条件。 m1g=kx0 (1)用力F向下压m2使弹簧再收缩x1如图4-5(c)所示。m1受三个力弹力向上重力向下外力F向下。根据平衡条件m1g+F=k(x0+x1) (2)撤去外力F后m1竖直方向跳起到最高点C时如图4-5(d)所示。弹簧对m1的弹性力为kx2方向向下。弹簧对m2的弹性力也为kx2方向向上。为了把m2提起要求kx2≥m2g。为方便取等号得kx2=m2g (3)取m1、弹簧和地球为研究对象。m1从图4-5(c)的点B跳到图4-5(d)所示的点C过程中该系统除保守力外只受一个木块m2对弹簧的拉力但此力不做功满足机械能守恒条件。 取O为弹性势能零点B为重力势能零点。B、C两点的机械能分别为EB=O(动能)+O(重力势能)+k(x0+x1)2EC=O(动能)+m1g(x0+x1+x2)+
kx22根据机械能守恒定律有EB=EC即
k(x0+x1)2=m1g(x0+x1+2)+
kx22 (4)将式(1)、(2)、(3)、(4)联立求解得到F=(m1+m2)g
开始弹簧处于自然长度状态,如图4-5(a)。当m1板压在弹簧上静止于点A,如图4-5(b),弹簧收缩了x0。此时m1受两个力,弹性力向上和重力向下。根据平衡条件。m1g=kx0(1)用力F向下压m2使弹簧再收缩x1,如图4-5(c)所示。m1受三个力,弹力向上,重力向下,外力F向下。根据平衡条件m1g+F=k(x0+x1)(2)撤去外力F后,m1竖直方向跳起到最高点C时,如图4-5(d)所示。弹簧对m1的弹性力为kx2,方向向下。弹簧对m2的弹性力也为kx2,方向向上。为了把m2提起,要求kx2≥m2g。为方便,取等号得kx2=m2g(3)取m1、弹簧和地球为研究对象。m1从图4-5(c)的点B跳到图4-5(d)所示的点C过程中,该系统除保守力外,只受一个木块m2对弹簧的拉力,但此力不做功,满足机械能守恒条件。取O为弹性势能零点,B为重力势能零点。B、C两点的机械能分别为EB=O(动能)+O(重力势能)+k(x0+x1)2EC=O(动能)+m1g(x0+x1+x2)+kx22根据机械能守恒定律有EB=EC,即k(x0+x1)2=m1g(x0+x1+2)+kx22(4)将式(1)、(2)、(3)、(4)联立求解,得到F=(m1+m2)g
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