一个关于弹簧势能的物理题目

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/21 18:53:30
一个弹簧 两端分别连着两个铁块 质量为 m1 m2
把弹簧竖放在地上 m2那端接触地面
现在用大小为F的力 向下按m1 然后突然松手
弹簧弹起 当m1上升到最高位置时 m2对地面的压力恰好为零
问:力F的大小
要有解答过程哦
我知道答案是m1g+m2g 但是我想知道过程喔 谢谢大侠们!给出过程吧!

两种方法:
方法一利用简谐运动的对称性。(偷懒的方法,需要大量的文字陈述)
状态1为最低点 状态2为最高点
显然平衡点的时候弹簧对m1有一个m1g的向上的力。(向上为正方向)在最低点的时候弹簧对m1的向上的力为F+m1g
根据简谐运动的对称性,那么在最高点的时候弹簧对m1的力为m1g-F。
而此时弹簧对m2的作用力应该和对m1的大小相等,方向相反。
所以有-(m1g-F)=m2g 于是有F=m1g+m2g

方法二用能量守恒(这种解法比较正规,但是相对也比较麻烦,所以以上各位回答者还没有用过的。)

设作用力大小为F,弹性系数为r。
最低点时,弹簧的总形变为L变1=(m1g+F)/r (L以缩短为正方向)此时弹簧蕴含弹性势能U1=L变1*(m1g+F)/2 (弹簧弹性势能公式) (此时为m1重力势能零点)
如果m1在最高处时m2对地面的压力为0,则弹簧此时必然是拉伸的状态,且有L变2=-m2g/r 此时弹簧所蕴含的能量为 U2=-L变2*m2g/2
这两种状态动能都为0则弹性势能之差就应该是m1重力势能之差 于是有U1-U2=(L变1-L变2)M1g

展开有F^2=(M1g)^2+2(M1gM2g)+(M2g)^2
所以F=M1g+M2g

这种方法最严格,也最规整。但是不容易思考和计算。

我们知道M1在最高处时M2的合力为零,所以弹力应该等于M2的重量,也就是m2g,这时分析一下M1的受力情况,合力为
F1 = M1的重力 + 最高点的弹力 = m1g + m2g (向下)
平衡位置,合力为零,所以, 弹力 = M1的重力 = m1g
最低位置,合力应该为
F2 = M1的重力 - 最低点的弹力 = m1g - 最低点的弹力
由于M1的加速度应该和最高点值相同,方向相反,因此合力为
F2 = -F1 = -(m1g + m2g) (向上)
所以最初在最低点为了保持静止应有
F = -F2 = m1g + m2g (向下)

那么复杂干什