题目
站在电梯内的一个人,看到用细线连结的质量不同的两个物体跨过电梯内的一个无摩擦的定滑轮而处于“平衡”状态。由此,他断定电梯做加速运动,其加速度为( )A. 大小为g,方向向上B. 大小为g,方向向下C. 大小为(g)/(2),方向向上D. 大小为(g)/(2),方向向下
站在电梯内的一个人,看到用细线连结的质量不同的两个物体跨过电梯内的一个无摩擦的定滑轮而处于“平衡”状态。由此,他断定电梯做加速运动,其加速度为( )
A. 大小为g,方向向上
B. 大小为g,方向向下
C. 大小为$\frac{g}{2}$,方向向上
D. 大小为$\frac{g}{2}$,方向向下
题目解答
答案
B. 大小为g,方向向下
解析
考查要点:本题主要考查在非惯性参考系中物体的平衡条件,以及如何通过视重变化判断电梯的加速度。
解题核心思路:
- 非惯性系中的平衡:当电梯加速运动时,物体在电梯内会受到惯性力。此时物体的“平衡”状态需满足视重相等的条件。
- 有效重力加速度:电梯的加速度会影响物体的视重,需引入有效重力加速度 $g_{\text{eff}} = g + a_{\text{电梯}}$(方向由加速度方向决定)。
- 滑轮系统平衡条件:两物体通过滑轮连接,拉力相等,结合质量不同的特点,推导电梯加速度。
破题关键点:
- 质量不同却平衡:说明两物体的视重相等,即 $m_1 g_{\text{eff}} = m_2 g_{\text{eff}}$,由此得出 $g_{\text{eff}} = 0$。
- 电梯加速度计算:由 $g_{\text{eff}} = g + a_{\text{电梯}} = 0$,得 $a_{\text{电梯}} = -g$,即大小为 $g$,方向向下。
受力分析与平衡条件
-
电梯参考系中的惯性力:
电梯向下加速 $a$,物体在电梯内受惯性力 $m a$ 向上。
此时物体的视重为 $m(g + a)$,有效重力加速度为 $g_{\text{eff}} = g + a$。 -
滑轮系统平衡条件:
两物体通过滑轮连接,拉力 $T$ 相等。
根据平衡条件:
$m_1 g_{\text{eff}} = T, \quad m_2 g_{\text{eff}} = T$
因 $m_1 \neq m_2$,要使等式成立,必须 $g_{\text{eff}} = 0$。 -
求电梯加速度:
由 $g_{\text{eff}} = g + a = 0$,得 $a = -g$,即电梯加速度大小为 $g$,方向向下。