牛頓運動定律
解析:由題意,對金屬塊受力分析如圖所示。
當向上勻減速運動時,加速度方向向下,設上頂板的壓力傳感器的示數為n1,彈簧彈力為f,由牛頓第二定律有n1+mg一f=ma……①
彈簧彈力f等于下底板的壓力傳感器的示數n2:f=n2=10n代入①可解得m=0.5kg。
(1)依題意,n1=5 n,彈簧長度沒有改變,f=10n代入①解得a=0,說明整個箱體做向上或向下的勻速運動。
(2)當整個箱體的加速度方向向上時有f一n1一mg=ma,求出n1減至零的加速度: =10 m/s2。
上頂板的壓力傳感器的示數為零時,整個箱體在做加速度不小于10 m/s2的向上加速或向下減速運動。
【例8】如圖所示滑輪的質量不計,已知三個物體的質量關系是:m1=m2十m3,這時彈簧秤的讀數為t,若把物體m2從右邊移到左邊的物體m1上,彈簧秤的讀數t將( )
a.增大; b.減小; c.不變; d.無法判斷
【解析】解法1:移m2后,系統左、右的加速度大小相同方向相反,由于ml十m2>m3,故系統的重心加速下降,系統處于失重狀態,彈簧秤的讀數減小,b項正確。
解法2::移后設連接繩的拉力為t/,系統加速度大小為a。
對(ml+m2):(m1+m2)g一t/=(ml+m2)a;
對m3:t/一m3g=m3a
消去a,可解得 。
對滑輪穩定后平衡:彈簧秤的讀數t=2t/,移動前彈簧秤的讀數為2(m1+m2+m3)g,比較可得移動后彈簧秤的讀數小于2(m1+m2+m3)g。故b項正確。
【例9】如圖所示,有一個裝有水的容器放在彈簧臺秤上,容器內有一只木球被容器底部的細線拉住浸沒在水中處于靜止,當細線突然斷開,小球上升的過程中,彈簧秤的示數與小球靜止時相比較有’(c)
a.增大; b.不變; c.減小; d.無法確定
解析:當細線斷后小球加速上升時處于超重狀態,而此時將有等體積的“水球”加速下降處于失重狀態;而等體積的木球質量小于“水球”質量,故總體體現為失重狀態,彈簧秤的示數變小.
【例10】如圖,一杯中裝滿水,水面浮一木塊,水面正好與杯口相平。現在使杯和水一起向上做加速運動,問水是否會溢出?
【解析】本題的關鍵在于要搞清這樣的問題:當水和木塊加速向上運動時,木塊排開水的體積是否仍為v,它所受的浮力是否與靜止時一樣為ρ水gv?我們采用轉換的方法來討論該問題。
設想在水中取一塊體積為v的水,如圖所示,它除了受到重力,還要受到周圍水的浮力f,當杯和水向上運動時,它將和周圍水一起向上運動,相對于杯子不會有相對運動。則f-mg=ma,f= m(g+a)=ρ水v(g+a)。
現在,如果把這塊水換成恰好排開水的體積為v的木塊,顯然,當水和木塊一起向上做加速運動時,木塊所受到周圍水對它的浮力也應是ρ水v(g+a),木塊的加速度為
a木=f合/m水= = =a,(m水=ρ水v)
可見,木塊排開水的體積不會增加,所以水不會溢出
試題展示
1.有一些問題你可能不會求解,但是你仍有可能對這些問題的解是否合力進行分析和判斷。例如從解的物理量的單位,解隨某些已知量變化的趨勢,解在一定特殊條件下的結果等方面進行分析,并與預期結果、實驗結論等進行比較,從而判斷解的合理性或正確性。