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专题30 弹簧瞬时性问题
一、单选题
1.如图所示,A、B 两木块间连一轻弹簧,A、B 质量相等,一起静止地放在一块光滑木板上,重力加速
度为g。若将此木板突然抽去,在此瞬间,A、B 两木块的加速度分别是( )
A.
,
B.
,
C.
,
D.
,
2.如图所示,四个质量均为m 的小球,A、C 用轻绳和天花板连接,A、B 间使用轻质绳连接,C、D 间使
用轻质弹簧连接,均处于平衡状态。现突然迅速剪断轻绳
,
,在剪断轻绳的瞬间,设小球A、B、
C、D 的加速度分别用
、
、
、
表示,则下列说法正确的是( )
A.
,
,
,
B.
,
,
,
C.
,
,
,
D.
,
,
,
3.如图所示,用轻绳a 将质量为m 的小球A 悬挂于质量为M 的木箱顶部,小球A 通过一根轻质弹簧与质
量同为m 的小球B 相连,小球B 底端与木箱接触而不挤压,木箱通过轻绳b 悬挂于天花板。已知重力加速
度为g,现仅剪断其中一根轻绳,下列说法正确的是( )
A.剪断轻绳a 瞬间,小球A 的加速度大小为g
B.剪断轻绳a 瞬间,轻绳b 的拉力为
C.剪断轻绳b 瞬间,小球A 的加速度大小为g
D.剪断轻绳b 瞬间,小球A 的加速度大小为
4.如图所示,充满某种液体的密闭容器用绳子悬挂在天花板上,轻弹簧A 下端固定在容器底部,轻弹簧
B 上端固定在容器顶部。甲、乙、丙是三个不同材质的实心球,甲连在A 的上端,乙连在B 的下端,丙悬
浮在液体中。已知甲、乙、丙和液体的密度关系为
乙<
丙=
液<
甲,则剪断绳的瞬间相对于容器(不
计空气阻力)( )
A.甲球将向上运动,乙、丙球将向下运动
B.甲、丙球将向上运动,乙球将向下运动
C.甲球将向上运动,乙球将向下运动,丙球不动
D.甲球将向下运动,乙球将向上运动,丙球不动
5.如图所示,吊篮A、物体B、物体C 的质量均为m,B 和C 分别固定在竖直弹簧两端,弹簧的质量不计。
整个系统在轻绳悬挂下处于静止状态,现将悬挂吊篮的轻绳剪断,在轻绳刚断的瞬间( )
A.物体B 的加速度大小为g
B.物体C 与吊篮A 间的弹力大小为0
C.物体C 的加速度大小为2g
D.吊篮A 的加速度大小为1.5g
6.如图所示,A、B 为两个质量相等的小球,由细线相连,再用轻质弹簧悬挂起来,在A、B 间细线烧断
后的瞬间,A、B 的加速度分别是( )
A.A、B 的加速度大小均为
,方向都竖直向下
B.A 的加速度大小为
、竖直向上,B 的加速度大小为
、竖直向下
C.A 的加速度为0,B 的加速度大小为
、竖直向下
D.A 的加速度大于
、竖直向上,B 的加速度大小为
、竖直向下
7.如图,质量分别为
、
、
、m 的四个小球A、B、C、D,通过细线或轻弹簧互相连接,悬挂于
O 点,处于静止状态,重力加速度为g。若将B、C 间的细线剪断,则剪断瞬间B 和C 的加速度大小分别为
( )
A.g,
B.2g,
C.2g,
D.g,
8.课外兴趣小组为了研究瞬时加速度问题,将两个相同的小球分别和相同长度的弹性绳和刚性绳相连,
然后从某高度静止释放。如图,连接A、B 的是一般细绳(刚性绳),连接C、D 的是橡皮筋。那么在实
验过程中,小球在释放后的短暂时间(橡皮筋还未第一次恢复原长)后,下列图中符合ABCD 实际排列情
况的是( )
A.
B.
C.
D.
9.如图所示,A、B、C 三个小球的质量分别为m、2m、3m,轻质弹簧一端固定在斜面顶端,另一端与A
球相连,且A、B 间固定一个轻杆,B、C 间由一轻质细线连接,倾角为
的光滑斜面固定在地面上,
弹簧、轻杆与细线均平行于斜面,初始系统处于静止状态,在细线被烧断的瞬间,下列说法正确的是(
)
A.A 球的加速度为零
B.C 球的加速度沿斜面向下,大小为g
C.A、B 之间杆的拉力大小不发生变化
D.A、B 两个小球的加速度均沿斜面向上,大小均为0.5g
10.如图所示,用绳吊着一个盛有水的容器,体积相同的木球和金属球用轻质弹簧连接,竖直悬浮于水中,
木球在上,弹簧处于伸长状态,重力加速度大小为g,下列说法正确的是( )
A.剪断绳子的瞬间,木球的加速度大于g
B.剪断绳子的瞬间,金属球的加速度大小等于g
C.剪断弹簧的瞬间,木球的加速度小于金属球的加速度
D.剪断弹簧的瞬间,木球的加速度与金属球的加速度大小相等
11.如图所示,一根弹簧一端固定在左侧竖直墙壁上,另一端连着小球A,同时水平细线一端连着A 球,
另一端固定在右侧竖直墙上,弹簧与竖直方向的夹角是60°,A、B 两小球分别连在另一根竖直弹簧两端。
开始时A、B 两球都静止不动,A、B 两小球的质量相等,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在水平细线
被剪断瞬间,A、B 两球的加速度分别为( )
A.
B.
,
C.
,
D.
,
12.细绳拴一个质量为m 的小球,小球用固定在墙上的水平弹簧支撑,小球与弹簧不粘连,平衡时细绳与
竖直方向的夹角为53°,如图所示,以下说法正确的是(已知cos53°=0.6,sin53°=0.8)( )
A.小球静止时弹簧的弹力大小为
mg
B.小球静止时细绳的拉力大小为
mg
C.细线烧断瞬间小球的加速度立即为g
D.弹簧剪断瞬间小球的加速度立即为
g
13.如图所示,弹簧p 和细绳q 的上端固定在天花板上,下端用小钩钩住质量为m 的小球C,弹簧、细绳
和小钩的质量均忽略不计。静止时p、q 与竖直方向的夹角均为60°。下列判断正确的有( )
A.若p 和球突然脱钩,则脱钩后瞬间q 对球的拉力大小为0.6mg
B.若p 和球突然脱钩,则脱钩后瞬间球的加速度大小为
C.若q 和球突然脱钩,则脱钩后瞬间p 对球的拉力大小为2mg
D.若q 和球突然脱钩,则脱钩后瞬间球的加速度大小为g
14.底板光滑的小车上有一个质量为1kg 的木块,其两头用两个完全相同的量程均为20N 的弹簧测力计甲
和乙系住。小车在水平地面上做匀速直线运动时,这两个弹簧测力计的示数均为10N。当小车做匀加速直
线运动时,测力计甲的示数变为8N,这时小车运动的加速度大小是( )
A.2m/s2
B.4m/s2
C.6m/s2
D.8m/s2
15.如图所示,A、B、C 为三个实心小球,A 为铁球,B、C 为木球.A、B 两球分别连在两根弹簧上,C
球连接在细线一端,弹簧和细线的下端固定在装水的杯子底部,该水杯置于用绳子悬挂的静止吊篮内.若
将挂吊篮的绳子剪断,则剪断的瞬间相对于杯底(不计空气阻力,ρ 木<ρ 水<ρ 铁)
A.A 球将向上运动,B、C 球将向下运动
B.A、B 球将向上运动,C 球不动
C.A 球将向下运动,B 球将向上运动,C 球不动
D.A 球将向上运动,B 球将向下运动,C 球不动
16.如图所示,光滑水平面上放置M、N、P、Q 四个木块,其中M、P 质量均为m,N、Q 质量均为2m,
M、P 之间用一轻质弹簧相连。现用水平拉力F 拉N,使四个木块以同一加速度a 向右运动,则在突然撤
去F 的瞬间,下列说法正确的是( )
A.P、Q 间的摩擦力变化
B.M、N 间的摩擦力不变
C.M、N 的加速度大小仍为a
D.P、Q 的加速度大小变为
17.如图所示,在倾角为30°的光滑固定斜面上,用两根等长的细线将两个质量均为
kg 的小球A、B
(均看作质点)系在
点,两个小球之间连着一根劲度系数为50N/m 的轻弹簧,两球静止时两根细线之间
的夹角为60°,
,则( )
A.系在小球
上细线的拉力为
N
B.斜面对小球
的支持力为15N
C.弹簧的形变量为0.2m
D.若将弹簧撤去,则撤去瞬间小球
的加速度大小为
18.如图所示,物体A 置于水平地面上,B、C 叠放,A、B 间连有轻质弹簧,弹簧被压缩后用细线把A、
B 固定住,细线的拉力为F,A、B 质量均为
,C 的质量为m,重力加速度为g,整个装置处于静止状态。
现将细线剪断,则在剪断细线的瞬间,下列说法正确的是( )
A.C 物体的瞬时加速度为0
B.B 物体的瞬间加速度为
C.A 物体对地面压力为
D.C 对B 的压力为
19.如图所示,倾角为
的斜面体置于水平地面上,滑块
置于光滑斜面上,通过细绳跨过轻质定
滑轮与物体
连接。连接
的一段细绳与斜面平行,连接
的一段细绳竖直,
下端连接在竖直固定在地面
的轻弹簧上,整个系统保持静止。已知物块
、
、的质量分别为
、
、
,重力加速度为
,不
计滑轮的质量和摩擦,下列说法中正确的是( )
A.对地面的压力为
B.杆对轻滑轮的作用力大小为
C.地面对的摩擦力为0
D.剪断轻绳的瞬间、
的加速度大小为
二、多选题
20.如图所示,A、B 两球质量相等,光滑斜面的倾角为θ,图甲中,A、B 两球用轻弹簧相连,图乙中
A、B 两球用轻质杆相连,系统静止时,挡板C 与斜面垂直,弹簧、轻杆均与斜面平行,则在突然撤去挡
板的瞬间有( )
A.图乙中两球加速度为
B.两图中A 球的加速度均为零
C.图乙中轻杆的作用力一定不为零
D.图甲中B 球的加速度是图乙中B 球加速度的2 倍
21.如图所示,质量为3kg 的物体A 静止在竖直的轻弹簧上,质量为2kg 的物体B 用细线悬挂,A、B 间
相互接触但无压力,重力加速度g=10m/s2。某时刻将细线剪断,则细线剪断瞬间( )
A.物体A 的加速度为零
B.弹簧弹力大小为30N
C.物体B 的加速度大小为4m/s2
D.物体B 对物体A 的压力大小为12N
22.如图所示,两小球M、N 分别与两段轻绳A、B 和一轻弹簧C 连接。两小球静止时,轻绳A、B 与竖
直方向的夹角分别为
、
,弹簧C 沿水平方向,则下列说法正确的是( )
A.球M 和球N 的质量之比为
B.轻绳A 弹簧C 的弹力之比为1 2∶
C.剪断轻绳B 的瞬间,球N 的加速度大小为
D.剪断轻绳B 的瞬间,球M 的加速度大小为
三、解答题
23.实验小组按如图(A)所示,一质量为m 的物体系于长度分别为、
的两根轻质不可伸长的细线上,
的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为
,
水平拉直,物体处于平衡状态。现将
线剪断,求剪断
瞬时物体的加速度。
(1)下面是小组中某同学对该题的一种解法:
解:设线上拉力为
,
线上拉力为
,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡:
,
,
剪断线的瞬间,
突然消失,物体即在
反方向获得加速度。因为
,所以加速度
,
方向在
反方向。
你认为这个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明理由。
(2)然后实验小组将图A 中的细线改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图(B)所示,其他条件不变,
求解的步骤与(1)完全相同,即
,你认为这个结果正确吗?请说明理由。
《专题30 弹簧瞬时性问题》参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
A
D
D
C
D
B
A
C
D
A
题号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
答案
C
A
D
B
D
C
B
D
A
AD
题号
21
22
答案
BCD
ACD
1.A
【详解】抽去木板之前,物块AB 受力平衡,弹簧的弹力等于mg,在抽出木板的瞬时,弹
簧的弹力不能突变,则物块A 仍受力平衡,则A 的加速度为零;而物块B 受向下的重力和
弹簧向下的弹力mg,则此时B 的加速度为
故选A。
2.D
【详解】由于绳子张力可以突变,故剪断
后小球A、B 只受重力,一起做自由落体运动,
其加速度
;由于弹簧弹力不能突变,故剪断轻绳
的瞬间,小球C 所受合力为
,小球D 所受合力为零,所以小球C、D 的加速度分别为
,
。
故选D。
3.D
【详解】A.剪断前,对小球B 分析,由平衡条件知
在剪断绳a 的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,A 受到重力mg 和弹簧向下的拉力mg,
A 的合力为向下的2mg,由牛顿第二定律有
可得剪断轻绳a 瞬间,小球A 的加速度大小为
故A 错误;
B.剪断轻绳a 瞬间,轻绳a 对小球A 向上的拉力减为零,弹簧形变不变,小球A 所受合
力向下,具有向下的加速度2g,在剪断绳a 的瞬间,弹簧的弹力没有来得及变化,B 的受
力情况没有变化,则B 所受合力为零,小球B 的加速度大小为零,对系统,应用牛顿第二
定律
解得轻绳b 的拉力为
故B 错误;
CD.剪断轻绳b 瞬间,轻绳b 的拉力突变为零,若轻绳a 松弛,则木箱只受重力作用开始
以加速度g 加速下落,对小球A,根据牛顿第二定律
解得
加速下落,则轻绳a 未松弛,木箱与小球A 同步,根据系统牛顿第二定律
解得小球A 的加速度大小为
故C 错误,D 正确。
故选D。
4.C
【详解】依题意,由于
乙<
丙=
液<
甲,根据浮力公式
可知,轻弹簧A、B 均处于压缩状态,剪断绳的瞬间,系统处于完全失重状态,由于弹簧
的弹力不会发生突变,根据牛顿第二定律可知,甲的加速度小于g,乙的加速度大于g,丙
的加速度等于g,所以三者相对于容器,甲球将向上运动,乙球将向下运动,丙球保持不
动。
故选C。
5.D
【详解】A.在轻绳刚断的瞬间,弹簧的弹力不能突变,则物体B 受力情况不变,故物体
B 的加速度大小为零,选项A 错误;
BCD.假设A、C 间的弹力为零,C 的加速度为2g,A 的加速度为g,可见C 超前运动,
即C 和A 实际为一个整体,根据牛顿第二定律得
其中
解得
对A 受力分析,由牛顿第二定律
可得,物体C 与吊篮A 间的弹力大小为
BC 错误,D 正确。
故选D。
6.B
【详解】对整体分析,弹簧的拉力为
F′=2mg
细线的弹力
F=mg
剪断细绳的瞬间,对A,瞬间加速度
方向竖直向上。对B,只受重力的作用,故加速度的大小为
方向向下,故B 正确,ACD 错误。
故选B。
7.A
【详解】剪断前,对BCD 分析
对D
剪断后,对B
解得
方向竖直向上;对C
解得
方向竖直向下。
故选A。
8.C
【详解】BD.连接A、B 的是一般细绳(刚性绳),释放小球前,细绳的形变量十分微小,
小球在释放后的短暂时间,细绳立即恢复原长,伸直而无拉力,两个小球的加速度均等于
重力加速度g,一起做自由落体运动,所以细绳不能是弯曲的,BD 错误;
AC.连接C、D 的是橡皮筋,释放小球前,橡皮筋的形变量很大,根据平衡条件,其弹力
为
小球在释放后的短暂时间,橡皮筋不能立即恢复原长,其弹力保持不变,根据牛顿第二定
律得
解得
方向竖直向下
释放后很短的时间内,小球D 向下运动的位移比C 大得多,两个小球的距离减小,橡皮筋
恢复原长前不弯曲,A 错误,C 正确。
故选C。
9.D
【详解】AD.细线被烧断之前,弹簧的弹力为
F 弹=6mgsin30°=3mg
细线被烧断的瞬间,AB 的加速度相同,对AB 整体,则
方向沿斜面向上,选项A 错误,D 正确;
B.细线被烧断后,C 球的加速度沿斜面向下,大小为
aC=gsin30°=0.5g
选项B 错误;
C.细线被烧断之前,A、B 之间杆的拉力大小
T1=5mgsin30°=2.5mg
细线被烧断的瞬间,对B
解得
T2=2mg
即A、B 之间杆的拉力发生变化,选项C 错误。
故选D。
10.A
【详解】A.开始时木球受向下的重力,向上的浮力和弹簧向下的拉力,此时弹簧处于拉
伸状态;剪断绳子的瞬间,则处于完全失重状态,则浮力消失,弹簧的弹力不变,则此时
木球受向下的重力和弹力作用,由牛顿第二定律得
可得
所以木球加速度大于g,A 正确;
B.同理,对于金属球而言,则有
所以金属球加速度小于g,B 错误;
CD.开始时,两球均处于平衡状态,由三力平衡可知,浮力和重力的合力大小等于弹簧弹
力的大小,弹簧剪断后,两球受到的合外力均等于弹簧的弹力大小,根据牛顿第二定律可
知
由于体积相同的木球与金属球,木球的质量小于金属球质量,所以木球加速度大于金属球
加速度,CD 错误。
故选A。
11.C
【详解】水平绳子被剪断后,B 球的受力情况不变,则加速度
设两个小球的质量都为m,以AB 整体为研究对象,由共点力平衡条件可得
剪断绳子瞬间,弹簧弹力没有发生变化,A 球所受到的合力与原来绳子的拉力大小相等,
方向相反,由牛顿第二定律可得
解得
故选C。
12.A
【分析】小球静止时,分析受力情况,由平衡条件求解弹簧的弹力大小和细绳的拉力大小;
细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变,则根据牛顿第二定律即可求出加速度;
当弹簧被剪断瞬间,弹力发生突变,同时绳的拉力也发生突变,则小球向下摆动,再根据
牛顿第二定律即可求出加速度;
【详解】A、小球静止时,对小球进行分析受力,如图所示:
由平衡条件得,弹簧的弹力大小为:
细绳的拉力大小为:
,故A 正确,B 错误;
C、细绳烧断瞬间绳的拉力T 立刻消失,但是瞬间弹簧的弹力不变,则小球所受的合力与
烧断前细绳拉力的大小相等、方向相反,由牛顿第二定律得,此瞬间小球的加速度大小为:
,故C 错误;
D、剪断弹簧的瞬间,弹簧的弹力立刻消失,同时绳的拉力也发生突变,则小球向下摆动,
受力分析如图所示:
则根据牛顿第二定律可知:
,则
,故选项D 错误.
【点睛】本题中小球先处于平衡状态,由平衡条件求解各力的大小,后烧断细绳,小球处
于非平衡条件,抓住细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变是关键,本题需要同学们着重注意的是:
当弹簧被剪断瞬间,弹簧的弹力发生突变,同时绳的拉力也发生突变,小球向下摆动,要
根据牛顿第二定律即可求出加速度.
13.D
【详解】AB.原来p、q 对球的拉力大小均为mg。p 和球脱钩后,球将开始沿圆弧运动,
将q 受的力沿法向和切线正交分解,如图1
得
即
合力为
,则加速度大小为
故AB 错误;
CD.若q 球突然脱钩后瞬间,p 的拉力未来得及改变,仍为mg,因此合力为mg,如图2
球的加速度为大小为g。故C 错误,D 正确。
故选D。
14.B
【详解】因弹簧的弹力与其形变量成正比,当弹簧秤甲的示数由10N 变为8N 时,其形变
量减少,则弹簧秤乙的形变量必然增大,且甲、乙两弹簧秤形变量变化的大小相等,所以
弹簧秤乙的示数应为12N。木块在水平方向所受到的合外力为
F 合=F 乙-F 甲=12N-8N=4N
根据牛顿第二定律,得木块的加速度大小为
小车与木块相对静止,加速度相等,所以小车的加速度为4m/s2。
故选B。
15.D
【详解】开始时A 球下的弹簧被压缩,弹力向上;B 球下的弹簧被拉长,弹力向下;将挂
吊篮的绳子剪断的瞬时,系统的加速度为g,为完全失重状态,此时水对球的浮力也为零,
小球的重力也视为零,则A 球将在弹力作用下相对于杯底向上运动,B 球将在弹力作用下
相对于杯底向下运动,C 球相对于杯底不动;故选D.
16.C
【详解】A.四个物体一起做匀加速运动,由牛顿第二定律得
对N 应用牛顿第二定律有
则M、N 间的静摩擦力
对M 应用牛顿第二定律,有
则弹簧的拉力
当突然撤去外力F,弹簧弹力不发生突变,P、Q 的加速度不变,P、Q 间的摩擦力不变,
故A 错误;
CD.弹簧的弹力使M、N 整体产生向左的加速度
得
即M、N 的加速度大小不变,故D 错误,C 正确;
B.此时M、N 间的摩擦力大小
,对N 应用牛顿第二定律,有
故B 错误。
故选C。
17.B
【详解】A.对整体进行受力分析,整体受到重力、支持力和两根细线的拉力,在沿斜面
方向,根据共点力平衡,有
解得
A 错误;
B.对小球B,在垂直于斜面方向,根据共点力平衡有
B 正确;
C.对小球B,在平行于斜面方向,根据共点力平衡有
解得
根据胡克定律,可知弹簧的形变量为
C 错误;
D.若将弹簧撤去,则撤去瞬间小球
的加速度大小
D 错误。
故选B。
18.D
【详解】剪断前,设弹簧的弹力为
,对B、C 有
AB.剪断瞬间,绳的拉力消失,B、C 加速度相同,则
联立解得
故AB 错误;
C.对A 分析得
故C 错误;
D.对C 分析得
解得
故D 正确。
故选D。
19.A
【详解】AC.对b 受力分析,根据平衡条件可知细绳的拉力
把b、c 看成一个整体,在竖直方向上,根据平衡条件有
求得地面对c 的支持力大小
则,c 对地面的压力为
;在水平方向上,地面对的摩擦力
故A 正确,C 错误;
B.绳中的拉力大小为
,由于两段绳的夹角为
,两段绳中的拉大小相等,由平行四
边形定则可知,绳中拉力的合力为
对滑轮受力分析由平衡条件可知,杆对轻滑轮的作用力大小为
,故B 错误;
D.剪断轻绳的瞬间、根据牛顿第二定律,有
受到的合力
求得a 的加速度大小为
故D 错误。
故选A。
20.AD
【详解】对甲图,弹簧弹力
突然撤去挡板的瞬间,弹簧来不及伸开,弹力不变。对A 球进行受力分析,仍处于平衡状
态,加速度为零;对B 进行受力分析,根据牛顿第二定律
解得
对乙图,轻杆为刚性杆,突然撤去挡板的瞬间,轻杆作用力为零,以AB 为整体,根据牛
顿第二定律
得
即A、B 的加速度都为
,综上分析可知AD 正确,BC 错误。
故选AD。
21.BCD
【详解】ABC.细线剪断瞬间,弹簧的弹力F 仍然不变,有
对AB 整体,它们具有共同的加速度,由牛顿第二定律可知
代入数据解得
故A 错误,B、C 正确;
D.设物体B 对物体A 的压力大小为FN,对物体A,由牛顿第二定律可知
FN+mAg-F=mAa
解得
FN=12N
故D 正确。
故选BCD。
22.ACD
【详解】AB.设弹簧弹力为F,对两球整体受力分析,由平衡条件可得
对小球M 受力分析且由平衡条件可得
联立解得
故A 正确,B 错误;
CD.剪断轻绳B 的瞬间,绳A 沿切线分力为
可得球N 的加速度大小为
弹簧弹力不变,对于小球M 由牛顿第二定律得
而
联立解得球M 的加速度大小为
故CD 正确。
故选ACD。
23.(1)见解析;(2)见解析
【详解】(1)这个结果是错误的,当L2被剪断的瞬间,因T2突然消失,而引起L1上的张
力发生突变,使物体的受力情况改变,瞬时加速度沿垂直L1斜向下方,为
(2)这个结果是正确的。当L2被剪断时,T2突然消失,而弹簧还来不及形变,因而弹簧
的弹力T1不变,它与重力的合力与T2是一对平衡力,等值反向,所以L2剪断时物体的瞬时
加速度为
方向在T2的反方向上。