注重質量,不是量,多做經典題
如圖(1)所示,一質量為m的物體系于長度分別為L1 、L2的兩根細線上,L1的一端懸掛在天花板上,與豎直方向夾角為θ,L2水平拉直,物體處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)將L2線剪斷,求剪斷瞬時物體的加速度。
(1)下面是某同學對該題的某種解法:
解:設L1線上拉力為T1,L2線上拉力為T2,重力為mg,物體在三力作用下處于平衡。T1cosθ=mg,T1sinθ=T2,解得 T2=mgtanθ,剪斷線的瞬間,T2突然消失,物體卻在T2反方向獲得加速度,因為mgtanθ=ma所以加速度a=gtanθ,方向在T2反方向。你認為這個結果正確嗎?說明理由。
(2)若將圖(1)中的細線L1改為長度相同,質量不計的輕彈簧,如圖(2)所示,其它條件不變,求解的步驟和結果與(1)完全相同,即a=gtanθ,你認為這個結果正確嗎?請說明理由。
解析:(1)這個結果是錯誤的。當L2被剪斷的瞬間,因T2突然消失,而引起L1上的張力發(fā)生突變,使物體的受力情況改變,瞬時加速度沿垂直L1斜向下方,為a=gsinθ。
(2)這個結果是正確的。當L2被剪斷時,T2突然消失,而彈簧還來不及形變(變化要有一個過程,不能突變),因而彈簧的彈力T1不變,它與重力的合力與T2是一對平衡力,等值反向,所以L2剪斷時的瞬時加速度為a=gtanθ,方向在T2的反方向上。
點評:牛頓第二定律F合=ma反映了物體的加速度a跟它所受合外力的瞬時對應關系.物體受到外力作用,同時產生了相應的加速度,外力恒定不變,物體的加速度也恒定不變;外力隨著時間改變時,加速度也隨著時間改變;某一時刻,外力停止作用,其加速度也同時消失