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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=-2g(方向向下)

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2g,而B球剪断瞬间合外力没变,加速度不变。

(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。

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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=2g  a2=0

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

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【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。

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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2-24a,2-24b。根据牛顿第二定律列运动方程,A物体静止,加速度为零。

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。

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所以重物的最大重力不能超过173.2N。

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将TAC=150N,TBC=86.6N代入式②解得G=173.32N。

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而当TAC=150N时,TBC=86.6<100N

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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

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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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同步练习册答案