轻质物体时一种理想化模型,质量忽略不计,例如:“轻绳”,“轻杆”,“轻弹簧”等。

那么“轻质物体”所蕴含的信息有哪些呢?

一.轻质物体没有惯性

质量是惯性大小的唯一量度.因此速度可以发生突变,弹簧的弹力也可以发生突变.

高中物理轻质物体


高中物理轻质物体


高中物理轻质物体


分析: 设小球的质量为m,沿杆斜上为正方向,刚开始受力平衡,则有:FN+FM-Gsin30°=0拔去销钉M瞬间,小球的加速度大小为6m/s2,方向可能向下,也可能向上。由牛顿第二定律得:FN-Gsin30°=±ma去销钉N瞬间,小球受M弹簧和重力G的作用,加速度为:a′==-11m/s2或1m/s2,故B,C正确.弹簧弹力发生突变.

例:某缓冲装置的理想模型如图所示,劲度系数足够大的轻质弹簧与轻杆相连,轻杆可在固定的槽内移动,与槽间的滑动摩擦力恒为 f.轻杆向右移动不超过l时,装置可安全工作.一质量为m的小车若以速度v撞击弹簧,将导致轻杆向右移动 l/4.轻杆与槽间的最大静擦力等于滑动摩擦力,且不计小车与地面的摩擦.

高中物理轻质物体


(1)若弹簧的劲度系数为k,求轻杆开始移动时,弹簧的压缩量x;

(2)求为使装置安全工作,允许该小车撞击的最大速度vm;

(3)讨论在装置安全工作时,该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系.

高中物理轻质物体


高中物理轻质物体


二.轻质物体在任何状态下合力为零

轻质物体在任何状态下合力为零,但并不意味着轻质物体只能处于平衡状态.

例:如图所示,长为l的轻绳,一端用轻环套在水平光滑的横杆上,另一端连接一质量为m的小球.开始时,将系球的绳子绷紧并转到与横杆平行位置,然后轻轻放手,当绳子与横杆成θ角时,小球速度在水平方向和竖直方向上的分量大小分别是多少?

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分析:因为绳和环套都是轻质,满足合力为零,故小球做自由落体运动.轻环套与小球在水平方向不受外力,速度方向不发生改变,小球速度在水平方向的分量大小为:0;(2glsinθ)的平方根

三.轻质物体起着传递能量作用

对于本身形变不明显的"轻绳轻杆"由于没有质量,故无法承载机械能,因此在许多做功和能量问题时,往往是起着"传递"能量的中间角色.

例:如图所示,在两个质量分别为m和2m的小球a和b之间,用一根长为L的轻杆连接,两小球可绕穿过轻杆中心O的水平轴无摩擦转动。现让轻杆处于水平位置后无初速释放,重球b向下、轻球a向上产生转动,在杆转至竖直的过程中( )

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A.b球的重力势能减少,动能增加

B.a球的重力势能增加,动能减少

C.a球和b球的总机械能守恒

D.轻杆对a球做正功,对b球做负功,并且对两球做功的绝对值相等

通过轻杆分别对两球做功的方式实现能量的转移.

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