一轻弹簧直立在地面上,其劲度系数为k=400N/m,弹簧的上端与盒子A连接在一起,盒子内装有物体B,B的上下表面恰与盒子

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  • 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.

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