问题 计算题

如图所示,质量m的物体(可视为质点)在竖直轻质弹簧上做简谐运动,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

解: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

(1)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

(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=-x知:

当振幅为A时,在最低点有0.5 g=-A

当振幅为A′时,在最高点有g=-A′

由此可得A′=2A

单项选择题
单项选择题