回复力为F向上,由于m2恰能离开地面,此时m1在最高位置,弹簧由于伸长对m2的拉力为m2g,对m1的向下拉力也为m2g。M1所受合力即回复力为m1m2g。最高点与最低点对称,故Fm1m2g
例9一个铁球从竖直在地面轻弹簧的正上方某处自由下落,接触弹簧后将弹簧压缩到最大时A、球所受的合力最大,但不一定大于重力值
解答物理题有很多方法,但如果一个问题有对称性,首先考虑用对称法来解题,将能起到事半功倍的效果。
B、球的加速度最大,且一定大于重力加速度值C、球的加速度最大,有可能小于重力加速度值
五、加速度的对称性
D、球所受弹力最大,但不一定大于重力值
例8如下图所示,一劲度系数为k的轻弹簧下端固定于水平地面上,弹簧的上端固定一质量为M的薄板P,另有一质量为m的物块B放在P的上表面。向下压缩B,突然松手,使系统上下振动,欲使B、P始终不分离,则轻弹簧的最大压缩量为多少?
如果仅从力、加速度和速度的变化来分析也很难得到结果。而利用简谐运动的对称性解题则简单明了。设想铁球轻放于弹簧上端。理想情况下,它将上下简谐运动,平衡位置在其中点合力为0处。在最高点时,合力为mg,弹簧提供的回复力在最低点与最高点对称,合力也为mg处同。从高处下落压缩量必大于轻放时的压缩量,故合力必大于重力且向上,故本题只能选B。也可设想小球与弹簧接触时即与弹簧连接,以后将是简谐运动,在最高处合力大于重力,故最低点合力与最高处相等,且必大于重力。这样分析,就避免了用功能观点分析这一问题,清楚简洁。
【解析】将B、P看成一个简谐振子,当B、P在平衡位置下方时,系统处于超重状态,B、P不可能
例10如图所示,三角形架质量为M,沿其中轴线用两根轻弹簧
相
分离,分离处一定在平衡位置上方最大位移处,当B、P间弹力恰好为零时两物体分离,此时B的回复栓接一质量为m的小球,原来三角形架静止在水平面上,现使小
球
力恰好等于其重力mg,其最大加速度为amaxg。由加速度的对称性可知,弹簧处于压缩量最大处的上、下振动,已知三角形架对水平面的最小压力为零。
2Mmg
加速度也为amaxg。由牛顿第二定律得kxmaxMmgMmamax,解得xmax
k
。
求:(1)当三角形架对水平面的压力为零时,小球的瞬时加速度:(2)若上、下两弹簧的劲度系数均为k,则小球做简谐运动的最大位移为多大?
由此可见,灵活运用简谐活动的对称性解题,可使解题过程简捷明了,达到事半功倍的效果。
(3)三角形架对水平面的最大r