如图所示,一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都可以不计,盘内放一个物体P处于静止。P的质量为12kg,弹簧的劲度系数k=800N/m。现给P施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始向上做匀加速运动。已知在前0.2s内F是变化的,在0.2s以后F是恒力,g=10m/s2,则求:
(1) 未施加力F时,弹簧的压缩量?
(2)物体做匀加速直线运动的加速度大小?
(3)F的最小值是多少,最大值是多少?
![]() |
如图所示,一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都可以不计,盘内放一个物体P处于静止。P的质量为12kg,弹簧的劲度系数k=800N/m。现给P施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始向上做匀加速运动。已知在前0.2s内F是变化的,在0.2s以后F是恒力,g=10m/s2,则求:
(1) 未施加力F时,弹簧的压缩量?
(2)物体做匀加速直线运动的加速度大小?
(3)F的最小值是多少,最大值是多少?
![]() |
【错解】F最大值即N=0时,F-mg=ma ,F=210(N)
【错解原因】错解原因是对题所叙述的过程不理解。把平衡时的关系G=F+N,不自觉的贯穿在解题中。
(1)【分析解答】解题的关键是要理解0.2s前F是变力,0.2s后F的恒力的隐含条件。即在0.2s前物体受力和0.2s以后受力有较大的变化。
以物体P为研究对象。物体P静止时受重力G、称盘给的支持力N。
因为物体静止,∑F=0
N=mg= kx0 ①
x0=0.15m ②
(2)此时物体P受力如图2-31受重力G,拉力F和支持力N′
据牛顿第二定律有 F+N′-mg=ma ③
当0.2s后物体所受拉力F为恒力,即为P与盘脱离,即弹簧无形变,由0~0.2s内物体的位移为x0。物体由静止开始运动,则![]()
将式①,②中解得的x0=0.15m代入式③解得a=7.5m/s2
(3)F的最小值由式③可以看出即为N′最大时,即初始时刻N′=N=kx。
代入式③得
Fmin+Kx0-mg=ma
Fmin=mg-kX0+ma
=12×(7.5+10)-800×0.15
=90(N)
F最大值即N=0时,Fmax-mg=ma
Fmax=210(N)
【评析】本题若称盘质量不可忽略,在分析中应注意P物体与称盘分离时,弹簧的形变不为0,P物体的位移就不等于x0,而应等于x0-x(其中x即称盘对弹簧的压缩量)。