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牛顿第二定律瞬时性问题专题(个人整理)
A. 剪断绳的瞬间a=g
B. 剪断绳的瞬间 C. 剪断弹簧的瞬间
D. 剪断弹簧的瞬间
析:剪断绳时a=0,剪断弹簧时a=g/2
• 例2、如图甲两球质量均为m,两根轻绳1和2,突 然迅速剪断1,剪断瞬间A、B的加速度为多少?
变式1:将轻绳2改变成轻质弹簧,如图乙,则情 况又如何?
变式2:如图乙中A、B质量分别为3m和2m,则 剪断线1瞬间,情况又如何?
பைடு நூலகம்
变式1 (2020·福建龙岩市期末质量检查)如图5所示,在倾角为θ=30°
的光滑固定斜面上,物块A、B质量均为m.物块A静止在轻弹簧上端,
物块B用细线与斜面顶端相连,A、B靠在一起,但A、B之间无弹力.
已知重力加速度为g,某时刻将细线剪断,下列说法正确的是
A.细线剪断前,弹簧的弹力为mg
B.细线剪断前,细线的拉力为mg
a
A
B
例3 (多选) 如图4所示,质量均为m的木块A和B用一轻弹簧相连,竖 直放在光滑的水平面上,木块A上放有质量为2m的木块C,三者均处 于静止状态.现将木块C迅速移开,若重力加速度为g,则在木块C移开 的瞬间
√A.弹簧的形变量不改变
B.弹簧的弹力大小为mg
√C.木块A的加速度大小为2g
D.木块B对水平面的压力大小迅速变为2mg
细线剪断瞬间,对 A、B 系统,加速度大小:a=2mgs2inmθ-F=41g,故 D 正确.
变式2 如图6所示,A球质量为B球质量的3倍,光滑固定斜面的倾角 为θ,图甲中,A、B两球用轻弹簧相连,图乙中A、B两球用轻质杆 相连,系统静止时,挡板C与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行, 重力加速度为g,则在突然撤去挡板的瞬间有 A.图甲中A球的加速度大小为gsin θ B.图甲中B球的加速度大小为2gsin θ C.图乙中A、B两球的加速度大小均为gsin θ
图4
解析 由于弹簧弹力不能突变,所以撤去C的瞬间,弹 簧的形变量不变,故A正确; 开始整体处于平衡状态,弹簧的弹力等于A和C的重力, 即F=3mg,撤去C的瞬间,弹簧的形变量不变,即弹 簧的弹力不变,仍为3mg,故B错误;
撤去C瞬间,弹簧弹力不变,A受到的合外力大小等于C的重力,对 木块A,由牛顿第二定律得:2mg=ma,解得:a=2g,方向竖直向 上,故C正确; 撤去C的瞬间,弹簧的弹力不变,仍为3mg,对B,由平衡条件得: 3mg+mg=FN,解得:FN=4mg,故由牛顿第三定律可知,木块B对 水平面的压力大小为4mg,故D错误.
C.细线剪断瞬间,弹簧的弹力发生变化
√D.细线剪断瞬间,物块B的加速度大小为
1 4
g
图5
解析 细线剪断前,由于 A、B 之间无弹力,对 A 分析可以得到弹簧的弹力: F=mgsin θ=12mg,对 B 分析可以得到 FT=mgsin θ=12mg,故 A、B 错误;
细线剪断瞬间,弹簧的弹力不变,故C错误;
安徽省濉溪中学 周德伟 2020.6
过好双基关
01
一 瞬时问题
1.牛顿第二定律的表达式为:F合=ma,加速度由物体所受 合外力 决 定,加速度的方向与物体所受 合外力的方向一致.当物体所受合外力 发生突变时,加速度也随着发生突变,而物体运动的 速度 不能发生 突变. 2.轻绳、轻杆和轻弹簧(橡皮条)的区别 (1)轻绳和轻杆:剪断轻绳或轻杆断开后,原有的弹力将 突变为0. (2)轻弹簧和橡皮条:当轻弹簧和橡皮条两端与其他物体连接时,轻 弹簧或橡皮条的弹力 不能发生突变.
l1上张力的大小发生了突变,此瞬间
T1=mg cosθ,
∴ a=g sinθ
l1 θ l2
图A
变式一:若将图A中的细线 l1改为长度相同、质量不计 的轻弹簧,如图(B)所示,其他条件不变,求剪断瞬
时物体的加速度.
解:设l1线上拉力为T1,l2线上拉力为T2 ,重力为mg,物体在三力作用下保持平
衡:
变式3:如图乙中A、B质量分别为3m和2m,整个 装置在以a向上匀加速运动,则剪断线1瞬间,情 况又如何?
变式4:水平面上有一小车,以向右的加速度a匀加 速运动,车内水平桌面光滑,两物体A、B质量均为 m,A、B间弹簧相连,通过绳子B与车相连,剪断 绳子的瞬间,A、B的加速度分别为多少?
a
A
B
变式4:光滑的水平面上有一小车,以向右的 加速度a匀加速运动,车内两物体A、B质量 均为m,A、B间弹簧相连,通过绳子B与车 相连,剪断绳子的瞬间,A、B的加速度分别 为多少?
力作用下保持平衡:
T1cosθ=mg, T1sinθ=T2, T2=mgtanθ 剪断线的瞬间,T2突然消失,物体即在T2反方向获得加速度.因为 mgtanθ=ma,所以加速度a=gtanθ,方向在T2反方向.你认为这
个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明理由.
(1)答:
结果不正确. 因为l2被剪断的瞬间,
√D.图乙中轻杆的作用力一定不为零
图6
解析 设B球质量为m,则A球的质量为3m.撤去挡板前,题图甲、乙 中挡板对B球的弹力大小均为4mgsin θ,因弹簧弹力不能突变,而轻 杆的弹力会突变, 所以撤去挡板瞬间,题图甲中A球所受的合力为零,加速度为零,B 球所受合力大小为4mgsin θ,加速度大小为4gsin θ;题图乙中,撤去 挡板的瞬间,A、B两球整体受到的合力大小为4mgsin θ,A、B两球 的加速度大小均为gsin θ,则每个球受到的合力大小均等于自身重力 沿斜面向下的分力,轻杆的作用力为零,C正确.
T1cosθ=mg, T1sinθ=T2, T2=mgtanθ 剪断线的瞬间,T2突然消失,物体即在T2反 方向获得加速度.因为mgtanθ=ma,所以 加速度a=gtanθ,方向在T2反方向.你认为
这个结果正确吗?请对该解法作出评价并
说明理由.
l1 θ l2
图B
变式二:在光滑斜面上有一质量为m的小球,小球与平 行于斜面轻弹簧和与竖直方向成 300 角轻绳的一端相 连,如图所示,此时小球处于静止状态,且斜面对小球的 弹力恰好为零.则下列关于小球的加速度a大小的说法, 正确的是( )
例1、(如图(A)所示,一质量为m的物体系于长度分别为l1、 l2的两根细线上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为θ, l2水平拉直,物体处于平衡状态.现将l2线剪断,求剪断瞬时物体
的加速度.
(1)下面是某同学对该题的一种解法:
解:设l1线上拉力为T1,l2线上拉力为T2,重力为mg,物体在三