弹簧的最大压缩量为多大?
解析:对整体作分析:F回kxMma当P和B在平衡位置下方时,系统处于超重状态,P不可能和B分离,因此P和B分离的位置一定在上方最大位移处,且P和B一起运动的最大加速度amg弹簧长度等于原长,即弹簧拉力F0。由加速度的对称性可知弹簧压缩时最大加速度也为amg,所以轻弹簧的最大压缩量应满足关系式kxmMmgMmam,即得xm2Mmgk。
3速度的对称性4回复力的对称性例6如图所示,在质量为M的无下底的木箱顶部用一轻弹簧悬挂质量均为mM≥m的A、B两物块,箱子放在水平地面上,平衡后剪断A、B间细线,此后将做简谐运动。当运动到最高点时,木箱对地面的压力为AMgBMmgCMmgDM2mg
f解析:剪断细线后的瞬间,弹簧对A的弹力为2mg,所以A受到向上的合外力(回复力)为mg。当A运动到上方最大位移处时,由于简谐运动的回复力的对称性,A将受到竖直向下的合外力(回复力),其大小仍为mg,也就是说,此时弹簧中没有弹力,所以木箱对地面的压力为Mg。选项A正确。
例7如图所示,质量为m的木块放在弹簧上端,在竖直方向上做简谐运动,当振幅为A时,物体对弹簧的压力的最大值是物体重力的15倍,则物体对弹簧的最小压力是_____;欲使物体在弹簧振动中不离开弹簧,其振幅不能超过_____。
解析:物体对弹簧压力最大应是物体振动到最低点时,最小应是物体振动到最高点时。对物体进行受力分析,在最低点受两个力:重力和弹簧弹力,根据题中信息可知这两个力的合力大小为05mg,方向向上,充当回复力。根据力大小的对称性可知,物体振动到最高点时,回复力大小也应为05mg,方向向下,则物体在最高点所受弹簧的弹力应为o5mg,方向向上,根据牛顿第三定律物体对弹簧的最小压力为05mg;物体脱离弹簧时应是弹簧恢复到自由伸长时,根据弹力Fkx可知,在原来的基础上弹簧再伸长一个振幅A就可恢复到原长,所以欲使物体不离开弹簧,其振幅不能超过2A。
例8如图,用质量不计的弹簧把质量为3m的木板A与质量为m的木板B连接组成如图所示的装置,B板置于水平地面上,现用一个竖直向下的力向下压木板A,撤消F后,B板恰好被提离地面,由此可知力F的大小是A7mgB4mgC3mgD2mg
f5能量的对称性例9如图,原长为30cm的轻弹簧竖立于地面,下端固定于地面,质量为m01kg的物体放到弹簧顶部,物体静止,平衡时弹簧长为26cm。如果物体从距地面130cm处自由下落到弹簧上,当物体压缩弹簧到距地面22cm时不计空气阻气,r