Question

4．如圖所示，水平面上質(zhì)量均為m的兩物塊A丶B用一輕彈簧相連，該系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，彈簧的勁度系數(shù)為k₀現(xiàn)用一豎直向上的力F拉動(dòng)物塊A，使物塊A向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．從力F剛作用在物塊A上到物塊B剛好離開地面的過程，力F和物塊A的位移x之間的關(guān)系圖象如圖乙所示．g為重力加速度．則下列說法正確的是（　�。�

• A． 物塊A運(yùn)動(dòng)的加速度大小為g
• B． 當(dāng)物塊B剛好離開地面時(shí)，拉力大小為F₁=2mg
• C． 當(dāng)物塊B剛好離開地面時(shí)，物塊A的速度大小為2g$\sqrt{\frac{m}{k}}$
• D． 這一過程中拉力F做功大小為$\frac{4m{g}^{2}}{k}$

Answer 1

分析 最初彈簧處于壓縮狀態(tài)，A物體開始運(yùn)動(dòng)并向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)B物體要離開地面時(shí)地面對(duì)B的支持力為零，彈簧對(duì)B物體向上的拉力等于B物體的重力，即彈簧對(duì)A物體向下的拉力等于B的重力．根據(jù)牛頓第二定律列式，求加速度和拉力的大小．根據(jù)功能關(guān)系求物塊B剛好離開地面時(shí)物塊A的速度．根據(jù)F-x圖象與坐標(biāo)軸所圍的面積求拉力做的功．

解答 解：A、設(shè)初始狀態(tài)時(shí)彈簧的壓縮量為x₀，則 kx₀=mg；
力F作用在木塊A上后，選取A為研究對(duì)象，其受到豎直向上的拉力F、豎直向下的重力mg和彈力k（x₀-x）三個(gè)力的作用，根據(jù)牛頓第二定律有：F+k（x₀-x）-mg=ma，即 F=ma+kx；由圖知，當(dāng)x=0時(shí)，F(xiàn)=mg，所以可得，物塊A運(yùn)動(dòng)的加速度 a=g，故A正確．
B、當(dāng)彈簧對(duì)物體B豎直向上的彈力等于重力時(shí)B剛好離開地面，此時(shí)彈簧對(duì)物體A施加豎直向下的彈力 F_彈=mg，設(shè)此時(shí)對(duì)應(yīng)的縱軸坐標(biāo)為F₁，對(duì)物體A運(yùn)用牛頓第二定律有 F₁-mg-F_彈=ma，即：F₁-2mg=ma，得 F₁=3mg，故B錯(cuò)誤．
CD、當(dāng)物塊B剛好離開地面時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量為：x_伸=$\frac{mg}{k}$=x₀，可得 x₁=x_伸+x₀=2x₀，F(xiàn)做的功等于圖中直線與x軸圍成梯形的面積大小，為：
W=$\frac{mg+{F}_{1}}{2}{x}_{1}$=$\frac{mg+3mg}{2}$×
2x₀=4mgx₀=$\frac{4{m}^{2}{g}^{2}}{k}$
由于初末狀態(tài)彈簧的彈性勢(shì)能相等，所以由功能關(guān)系得：W-mgx₁=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，解得當(dāng)物塊B剛好離開地面時(shí)，物塊A的速度大小為：v=2g$\sqrt{\frac{m}{k}}$，故C正確，D錯(cuò)誤．
故選：AC

點(diǎn)評(píng) 本題考查了胡克定律以及牛頓第二定律和動(dòng)能定理的應(yīng)用，關(guān)鍵是將物體的受力情況與圖象對(duì)應(yīng)起來，分析初末彈簧的狀態(tài)．