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如图所示,图中弹簧Ⅰ和Ⅱ的劲度系数分别为,物体A和B的质量分别为.在弹性限度之内,悬挂平衡.现用一定的力沿竖直方向向上托起B,使两弹簧的长度之和恰等于两弹簧原自然

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如图所示,图中弹簧Ⅰ和Ⅱ的劲度系数分别为 ,物体A和B的质量分别为 .在弹性限度之内,悬挂平衡.现用一定的力沿竖直方向向上托起B,使两弹簧的长度之和恰等于两弹簧原自然长度之和.试求此时天花板对弹簧作用力F等于多大.
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答案和解析


如图所示,图中弹簧Ⅰ和Ⅱ的劲度系数分别为 ,物体A和B的质量分别为 .在弹性限度之内,悬挂平衡.现用一定的力沿竖直方向向上托起B,使两弹簧的长度之和恰等于两弹簧原自然长度之和.试求此时天花板对弹簧作用力F等于多大.



胡克定律(F=-kx)是定量计算弹力的公式,式中x表示弹簧形变量的大小,“-”号表示弹力F的方向与位移x的方向相反.该题要求在施加力托起 m B 后,使弹簧长度“恰等于两弹簧原自然长度之和”,对这句话切勿认为此时两弹簧都不存在形变,这实际上是不可能的.分析可知:此时的图景必定是弹簧Ⅰ处于伸长态、弹簧Ⅱ处于压缩态,而伸长量与缩短量恰好相等.所求天花板对弹簧作用力F与弹簧Ⅰ的弹力是一对作用、反作用力,大小相等.本题可分别用整体法和选取物体A为研究对象的隔离体法求解.
方法1.用隔离体法求解.
设弹簧Ⅰ的伸长量为 =Δx.选A物为研究对象,A除受重力mg之外,还受到Ⅰ和
Ⅱ对A的弹力 方向均竖直向上,故

因为天花板对弹簧Ⅰ的作用力F与弹簧Ⅰ的弹力等大,故

方法2.设向上托起 及弹簧Ⅰ和Ⅱ为研究系统,则

选取 为研究对象,则

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