解题思路:(1)根据胡克定律,通过共点力平衡分别求出绳子剪断前弹簧的伸长量以及绳子剪断后,弹簧在平衡位置时的压缩量.发现两个位置伸长量和压缩量相等,则弹簧势能相等,结合机械能守恒定律求出在平衡位置时的速度,即最大速度.(2)B振动到最低点时拉力最大,振动到最高点时拉力最小,根据牛顿第二定律求出最大拉力和最小拉力.
(1)根据自由落体运动的规律得C落地的时间:t=
2h
g
由于C落地时A的速度最大,则A处于振动的平衡位置处,经历的时间:t=
1
4T+n•
1
2T(n=0,1,2,3…)
所以:T=
4
2n+1
2h
g(n=0,1,2,3…)
(2)根据胡克定律,绳剪断前,弹簧伸长量:x1=[mg/k]
物体A所受合外力为零时,速度最大.此时弹簧压缩量:
x2=[mg/k]
对A、B组成的系统,根据机械能守恒定律得:
3mg(x1+x2)-2mg(x1+x2)=[1/2]×5mv2
解得:v=
4mg2
5k
(2)剪断细绳瞬间,B所受拉力最大.对B受力分析,
根据牛顿第二定律得:
F1-2mg=2ma,
对A、B组成的系统:2mg=(2m+3m)a
解得:F1=2.8mg
B运动到最高点时拉力最小,由运动的对称性可知:
2mg-F2=2ma,
解得:F2=1.2mg.
答:(1)A振动的周期T=
4
2n+1
2h
g(n=0,1,2,3…);
(2)物体A的最大速度是
4mg2
5k;
(3)轻绳对物体B的最大拉力和最小拉力分别是2.8mg、1.2mg.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;胡克定律.
考点点评: 本题综合考查了自由落体运动、胡克定律、机械能守恒定律和牛顿第二定律,综合性较强,对学生的能力要求较高,需加强训练.