解题思路:(1)简谐运动的振幅A是振动物体离开平衡位置的最大距离,根据此定义,可先求出振子在平衡位置时,弹簧的压缩量,即可求解A.
(2)振子到达平衡位置时B的速率最大,从开始到平衡位置,运用机械能守恒定律列式,可求出B的最大速率.
(3)先由整体法求出加速度,再隔离B,运用牛顿第二定律求解.
(1)振子在平衡位置时,所受合力为零,设此时弹簧被压缩△x.(mA+mB)g=k△x,
代入数据解得△x=0.05m=5cm
开始释放时振子处在最大位移处,故振幅A为:A=5cm+5cm=10cm.
(2)由于开始时弹簧的伸长量恰等于振子在平衡位置时弹簧的压缩量,故弹性势能相等,设振子的最大速率为v,从开始到平衡位置,根据机械能守恒定律:
mg•A=[1/2]mv2
则得 v=
2g A=1.4m/s,即B的最大速率为1.4m/s
(3)在最高点,振子受到的重力和弹力方向相同,根据牛顿第二定律:
对AB整体,有a=
k△x+(mA+mB)
mA+mB=20m/s2;
A对B的作用力方向向下,其大小N1为:N1=mBa-mBg=10N
在最低点,振子受到的重力和弹力方向相反,根据牛顿第二定律:a=
k(△x+A)−(mA+mB)
mA+mB=20m/s2;
A对B的作用力方向向上,其大小N2为:N2=mBa+mBg=30N
答:
(1)物体A的振幅是10cm.
(2)物体B的最大速率是1.4m/s.
(3)在最高点A对B的作用力方向向下,其大小为10N,在最低点A对B的作用力方向向上,其大小为30N.
点评:
本题考点: 简谐运动的回复力和能量.
考点点评: 本题要紧扣振幅的定义,运用胡克定律、牛顿第二定律和机械能守恒结合进行分析和求解.