剪斷時,A球受兩個力,因?yàn)槔K無彈性剪斷瞬間拉力不存在,而彈簧有形米,瞬間形狀不可改變,彈力還存在。如圖2-27,A球受重力mg、彈簧給的彈力F。同理B球受重力mg和彈力F′。
A球:-mg-F=maA ③
B球:F′-mg=maB ④
由式③解得aA=-
由式④解得aB=0
故C選項(xiàng)正確。
【評析】 (1)牛頓第二定律反映的是力與加速度的瞬時對應(yīng)關(guān)系。合外力不變,加速度不變。合外力瞬間改變,加速度瞬間改變。本題中A球剪斷瞬間合外力變化,加速度就由0變?yōu)?st1:chmetcnv TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="False" SourceValue="2" UnitName="g" w:st="on">2g,而B球剪斷瞬間合外力沒變,加速度不變。
(2)彈簧和繩是兩個物理模型,特點(diǎn)不同。彈簧不計(jì)質(zhì)量,彈性限度內(nèi)k是常數(shù)。繩子不計(jì)質(zhì)量但無彈性,瞬間就可以沒有。而彈簧因?yàn)橛行巫儯豢伤查g發(fā)生變化,即形變不會瞬間改變,要有一段時間。
例9 如圖2-25天花板上用細(xì)繩吊起兩個用輕彈簧相連的兩個質(zhì)量相同的小球。兩小球均保持靜止。當(dāng)突然剪斷細(xì)繩時,上面小球A與下面小球B的加速度為 [ ]
A.a(chǎn)1=g a2=g
B.a(chǎn)1=g a2=g
C.a(chǎn)1=
D.a(chǎn)1=0 a2=g
【錯解】 剪斷細(xì)繩時,以(A+B)為研究對象,系統(tǒng)只受重力,所以加速度為g,所以A,B球的加速度為g。故選A。
【錯解原因】 出現(xiàn)上述錯解的原因是研究對象的選擇不正確。由于剪斷繩時,A,B球具有不同的加速度,不能做為整體研究。
【分析解答】 分別以A,B為研究對象,做剪斷前和剪斷時的受力分析。剪斷前A,B靜止。如圖2-26,A球受三個力,拉力T、重力mg和彈力F。B球受三個力,重力mg和彈簧拉力F′
A球:T-mg-F=0 ①
B球:F′-mg=0 ②
由式①,②解得T=2mg,F(xiàn)=mg
【評析】 在解決物體運(yùn)動問題時,在選取研究對象時,若要將幾個物體視為一個整體做為研究對象,應(yīng)該注意這幾個物體必須有相同的加速度。
例8 如圖2-22質(zhì)量為M,傾角為α的楔形物A放在水平地面上。質(zhì)量為m的B物體從楔形物的光滑斜面上由靜止釋放,在B物體加速下滑過程中,A物體保持靜止。地面受到的壓力多大?
【錯解】以A,B整體為研究對象。受力如圖2-23,因?yàn)锳物體靜止,所以N=G=(M+m)g。
【錯解原因】由于A,B的加速度不同,所以不能將二者視為同一物體。忽視了這一點(diǎn)就會造成錯解。
【分析解答】分別以A,B物體為研究對象。A,B物體受力分別如圖2-
x:Nlsinα-f=0 ①
y:N-Mg-Nlcosα=0 ②
B物體下滑的加速度為a,
x:mgsinα=ma ③
y:Nl-mgcosα=0 ④
由式①,②,③,④解得N=Mg+mgcosα
根據(jù)牛頓第三定律地面受到的壓力為Mg十mgcosα。
所以重物的最大重力不能超過173.2N。
將TAC=150N,TBC=86.6N代入式②解得G=173.32N。
而當(dāng)TAC=150N時,TBC=86.6<100N
例7 如圖2-20,用繩AC和 BC吊起一重物,繩與豎直方向夾角分別為30°和60°,AC繩能承受的最大的拉力為150N,而BC繩能承受的最大的拉力為100N,求物體最大重力不能超過多少?
【錯解】以重物為研究對象,重物受力如圖2-21。由于重物靜止,則有
TACsin30°=TBCsin60°
TACcos30°+TBCcos60°=G
將TAC=150N,TBC=100N代入式解得G=200N。
【錯解原因】以上錯解的原因是學(xué)生錯誤地認(rèn)為當(dāng)TAC=150N時,TBC=100N,而沒有認(rèn)真分析力之間的關(guān)系。實(shí)際當(dāng)TBC=100N時,TBC已經(jīng)超過150N。
【分析解答】以重物為研究對象。重物受力如圖2-21,重物靜止,加速度為零。據(jù)牛頓第二定律列方程
TACsin30°-TBCsin60°=0 ①
TACcos30°+TBCcos60°-G=0 ②
代入式①F=(6+2)×6=48N
由此可以看出當(dāng)F<48N時A,B間的摩擦力都達(dá)不到最大靜摩擦力,也就是說,A,B間不會發(fā)生相對運(yùn)動。所以D選項(xiàng)正確。
【評析】 物理解題中必須非常嚴(yán)密,一點(diǎn)的疏忽都會導(dǎo)致錯誤。避免錯誤發(fā)生的最好方法就是按規(guī)范解題。每一步都要有依據(jù)。
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