解题思路:根据共点力平衡以及胡克定律求出未施加F时弹簧的压缩量,根据共点力平衡和胡克定律求出B刚要离开时弹簧的伸长量,通过位移时间公式求出A的加速度大小,通过牛顿第二定律求出从F最大值与最小值.
设刚开始时弹簧压缩量为x0,A对弹簧的压力:Mgsinθ=kx0 …①
B刚要离开挡板时,弹簧处于伸长状态,B对弹簧的拉力:Mgsinθ=kx1…②
所以物体A向上的位移:x=x0+x1=
2Mgsinθ
k,所以选项C错误;
又因物体向上做匀加速直线运动,得:x=
1
2at2
所以:a=
2x
t2=
4Mgsinθ
kt2
因为在ts时间内,F为变力,刚刚开始运动时,拉力F仅仅提供A的加速度,所以开始运动时的拉力最小:Fmin=Ma=
4M2gsinθ
kt2;所以选项A正确;
B刚要离开挡板时,弹簧处于伸长状态,弹簧对A的拉力等于B对弹簧的拉力,由牛顿第二定律知:
Fm-kx1-Mgsinθ=Ma2…③
所以拉力F的最大值:Fm=kx1+Mgsinθ+Ma=Mgsinθ+Mgsinθ+M•
4Mgsinθ
kt2=2Mgsinθ(1+
2M
kt2)所以选项B错误;
由①②两式可得:x1=x0所以开始时弹簧的弹性势能等于B与C分离时弹簧的弹性势能,拉力F做的功与A的重力做的功的和转化为A的动能.
此时A的速度:v=at=
4Mgsinθ
kt
设F做的功为W,则:W−Mgxsinθ=
1
2Mv2
所以:W=Mgxsinθ+
1
2Mv2=
2(Mgsinθ)2
k+
8M3g2sin2θ
k2t2故D错误.
故选:A
点评:
本题考点: 动能定理的应用;共点力平衡的条件及其应用;牛顿第二定律.
考点点评: 从受力角度看,两物体分离的条件是两物体间的正压力为0.所以B刚要离开挡板时,弹簧处于伸长状态,B对弹簧的拉力等于B的重力沿斜面向下的分量.