高中 | 牛顿第二定律的两类基本问题 题目答案及解析

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必修1

第四章 牛顿运动定律

4.6 用牛顿运动定律解决问题(一)

牛顿第二定律的两类基本问题

如图,轻质弹簧上端固定,下端悬挂质量为$2m$的小球$A$,质量为$m$的小球$B$$A$用细线相连,整个系统处于静止状态。弹簧劲度系数为$k$,重力加速度为$g$。现剪断细线,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

小球$A$运动到弹簧原长处的速度最大

","

剪断细线的瞬间,小球$A$的加速度大小为$\\dfrac{g}{2}$

","

小球$A$运动到最高点时,弹簧的伸长量为$\\dfrac{mg}{k}$

","

小球$A$运动到最低点时,弹簧的伸长量为$\\dfrac{2mg}{k}$

"]
[["BC"]]

$\rm A$.剪断细线后,弹力大于$A$的重力,则$A$先向上做加速运动,随弹力的减小,则向上的加速度减小,当加速度为零时速度最大,此时弹力等于重力,弹簧处于拉伸状态,选项$\rm A$错误;

$\rm B$.剪断细线之前则$F_{弹}=3mg$

剪断细线瞬间弹簧弹力不变,则对$A$由牛顿第二定律$F_{弹}-2mg=2ma$

解得$A$的加速度$a=\dfrac{g}{2}$

选项$\rm B$正确;

$\rm C$.剪断细线之前弹簧伸长量$x_{1}=\dfrac{3mg}{k}$

剪断细线后$A$做简谐振动,在平衡位置时弹簧伸长量$x_{2}=\dfrac{2mg}{k}$

即振幅为$A=x_{1}-x_{2}=\dfrac{mg}{k}$

由对称性可知小球$A$运动到最高点时,弹簧伸长量为$\dfrac{mg}{k}$,选项$\rm C$正确;

$\rm D$.由上述分析可知,小球$A$运动到最低点时,弹簧伸长量为$\dfrac{3mg}{k}$,选项$\rm D$错误。

故选:$\rm BC$

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