剪断时,A球受两个力,因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在,而弹簧有形米,瞬间形状不可改变,弹力还存在。如图2-27,A球受重力mg、弹簧给的弹力F。同理B球受重力mg和弹力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选项正确。
【评析】 (1)牛顿第二定律反映的是力与加速度的瞬时对应关系。合外力不变,加速度不变。合外力瞬间改变,加速度瞬间改变。本题中A球剪断瞬间合外力变化,加速度就由0变为
(2)弹簧和绳是两个物理模型,特点不同。弹簧不计质量,弹性限度内k是常数。绳子不计质量但无弹性,瞬间就可以没有。而弹簧因为有形变,不可瞬间发生变化,即形变不会瞬间改变,要有一段时间。
例9 如图2-25天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球。两小球均保持静止。当突然剪断细绳时,上面小球A与下面小球B的加速度为 [ ]
A.a1=g a2=g
B.a1=g a2=g
C.a1=
D.a1=0 a2=g
【错解】 剪断细绳时,以(A+B)为研究对象,系统只受重力,所以加速度为g,所以A,B球的加速度为g。故选A。
【错解原因】 出现上述错解的原因是研究对象的选择不正确。由于剪断绳时,A,B球具有不同的加速度,不能做为整体研究。
【分析解答】 分别以A,B为研究对象,做剪断前和剪断时的受力分析。剪断前A,B静止。如图2-26,A球受三个力,拉力T、重力mg和弹力F。B球受三个力,重力mg和弹簧拉力F′
A球:T-mg-F=0 ①
B球:F′-mg=0 ②
由式①,②解得T=2mg,F=mg
【评析】 在解决物体运动问题时,在选取研究对象时,若要将几个物体视为一个整体做为研究对象,应该注意这几个物体必须有相同的加速度。
例8 如图2-22质量为M,倾角为α的楔形物A放在水平地面上。质量为m的B物体从楔形物的光滑斜面上由静止释放,在B物体加速下滑过程中,A物体保持静止。地面受到的压力多大?
【错解】以A,B整体为研究对象。受力如图2-23,因为A物体静止,所以N=G=(M+m)g。
【错解原因】由于A,B的加速度不同,所以不能将二者视为同一物体。忽视了这一点就会造成错解。
【分析解答】分别以A,B物体为研究对象。A,B物体受力分别如图2-
x:Nlsinα-f=0 ①
y:N-Mg-Nlcosα=0 ②
B物体下滑的加速度为a,
x:mgsinα=ma ③
y:Nl-mgcosα=0 ④
由式①,②,③,④解得N=Mg+mgcosα
根据牛顿第三定律地面受到的压力为Mg十mgcosα。
所以重物的最大重力不能超过173.2N。
将TAC=150N,TBC=86.6N代入式②解得G=173.32N。
而当TAC=150N时,TBC=86.6<100N
例7 如图2-20,用绳AC和 BC吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30°和60°,AC绳能承受的最大的拉力为150N,而BC绳能承受的最大的拉力为100N,求物体最大重力不能超过多少?
【错解】以重物为研究对象,重物受力如图2-21。由于重物静止,则有
TACsin30°=TBCsin60°
TACcos30°+TBCcos60°=G
将TAC=150N,TBC=100N代入式解得G=200N。
【错解原因】以上错解的原因是学生错误地认为当TAC=150N时,TBC=100N,而没有认真分析力之间的关系。实际当TBC=100N时,TBC已经超过150N。
【分析解答】以重物为研究对象。重物受力如图2-21,重物静止,加速度为零。据牛顿第二定律列方程
TACsin30°-TBCsin60°=0 ①
TACcos30°+TBCcos60°-G=0 ②
代入式①F=(6+2)×6=48N
由此可以看出当F<48N时A,B间的摩擦力都达不到最大静摩擦力,也就是说,A,B间不会发生相对运动。所以D选项正确。
【评析】 物理解题中必须非常严密,一点的疏忽都会导致错误。避免错误发生的最好方法就是按规范解题。每一步都要有依据。
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