"如图所示,A和B两块板用一轻弹簧连接起来,它们的质量分别为(m)_(1)和(m)_(2),问在A板上需加多大的压力,方可使力停止作用后,恰能使A在跳起来时B稍被提起?(设弹簧的劲度系数为k)"
如图所示,A和B两块板用一轻弹簧连接起来,它们的质量分别为${m}_{1}$和${m}_{2}$,问在A板上需加多大的压力,方可使力停止作用后,恰能使A在跳起来时B稍被提起?(设弹簧的劲度系数为k)

题目解答
答案
【解析】
设所需压力为F,力F停止瞬间弹簧的压缩量为${x}_{1}$,对A:$F+{m}_{1}g=k{x}_{1}$,弹簧的弹性势能${E}_{p1}=\frac {1} {2}k{{x}_{1}}^{2}$,系统动能为0。B稍被提起时A、B速度均为0,设弹簧的伸长量为${x}_{2}$,对B:${m}_{2}g=k{x}_{2}$,此时弹簧的弹性势能${E}_{p2}=\frac {1} {2}k{{x}_{2}}^{2}$,A的重力势能增量为$\Delta {E}_{p}={m}_{1}g\left({x}_{1}+{x}_{2}\right)$,则系统的重力势能增量为$\Delta {E}_{p}$。由于系统机械能守恒,则${E}_{p1}=\Delta {E}_{p}+{E}_{p2}$,联立解得$F=\left ( {{m}_{1}+{m}_{2}} \right )g$
【答案】
$\left ( {{m}_{1}+{m}_{2}} \right )g$
"解析
考查要点:本题主要考查弹簧系统的能量守恒和力的平衡条件。关键在于理解外力撤去后,弹簧的弹性势能如何转化为重力势能,并找到B被提起的临界条件。
解题核心思路:
- 压缩阶段:外力F作用时,弹簧压缩,储存弹性势能,此时系统处于平衡状态。
- 释放阶段:撤去F后,弹簧恢复,弹性势能转化为A和B的重力势能。
- 临界条件:当B被提起时,弹簧的拉力等于B的重力,此时系统动能为零,机械能守恒。
破题关键点:
- 平衡条件:压缩量$x_1$由$F + m_1g = kx_1$确定。
- 临界拉力:B被提起时,$kx_2 = m_2g$。
- 能量守恒:初始弹性势能等于最终弹性势能与重力势能增量之和。
压缩阶段分析
外力F作用时,弹簧压缩量为$x_1$,系统平衡:
$F + m_1g = kx_1 \tag{1}$
此时弹簧弹性势能为:
$E_{p1} = \frac{1}{2}kx_1^2$
释放阶段分析
撤去F后,弹簧恢复。当B被提起时,弹簧拉力等于$m_2g$,伸长量为$x_2$:
$kx_2 = m_2g \implies x_2 = \frac{m_2g}{k} \tag{2}$
此时弹簧弹性势能为:
$E_{p2} = \frac{1}{2}kx_2^2$
能量守恒方程
初始弹性势能转化为A的重力势能和最终弹性势能:
$E_{p1} = \Delta E_p + E_{p2}$
其中,A的重力势能增量为:
$\Delta E_p = m_1g(x_1 + x_2)$
代入得:
$\frac{1}{2}kx_1^2 = m_1g(x_1 + x_2) + \frac{1}{2}kx_2^2 \tag{3}$
联立方程求解
将式(1)和式(2)代入式(3),化简后可得:
$F = (m_1 + m_2)g$