问题 问答题

如图所示,质量m的物体在竖直弹簧上做简谐运动,当振幅为A时,木块对弹簧压力的最大值为木块重力的1.5倍,求:

(1)木块对弹簧压力的最小值为多少?

(2)欲使木块不脱离弹簧,其振幅不能超过多少?

答案

(1)因为木块在竖直方向上做简谐运动,依题意木块在最低点时对弹簧的压力最大,在最高点对弹簧的压力最小.

在最低点根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,代入数据解得a=0.5 g.

由最高点和最低点相对平衡位置对称,加速度大小等值反向,所以最高点的加速度大小为a′=0.5 g,在最高点根据牛顿第二定律有mg-FN′=ma′,

故FN′=mg-ma′=0.5 mg.

答:木块对弹簧压力的最小值为0.5mg.

(2)要使木块不脱离弹簧,设其振幅不能超过A′,此时木块振到最高点恰在弹簧原长处,此时的最大加速度为g,由a=-

k
m
x知,当振幅为A时,在最低点有0.5 g=-
k
m
A;

当振幅为A′时,在最高点有g=-

k
m
A′,由此可得A′=2A.

答:欲使木块不脱离弹簧,其振幅不能超过2A.

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