一、参考解答:
1.线剪断前,整个系统处于平衡状态.此时弹簧S1的弹力F1=(mA+mB+mC)g (1)
弹簧S2的弹力F2=mCg (2)
在线刚被剪断的时刻,各球尚未发生位移,弹簧的长度尚无变化,故F1、F2的大小尚未变化,但线的拉力消失.设此时球A、B、C的加速度的大小分别为aA、aB、aC,则有
F1-mAg=mAaA (3)
F2+mBg=mBaB (4)
F2-mCg=mCaC (5)
解以上有关各式得
,方向竖直向上 (6)
,方向竖直向下 (7)
aC=0 (8)
2.开始时,磁铁静止不动,表明每一条磁铁受到另一条磁铁的磁力与它受到板的静摩擦力平衡.
(i)从板突然竖直向下平移到停下,板和磁铁的运动经历了两个阶段.起初,板向下加速移动,板与磁铁有脱离接触的趋势,磁铁对板的正压力减小,并跟随板一起作加速度方向向下、速度向下的运动.在这过程中,由于磁铁对板的正压力减小,最大静摩擦力亦减小.向下的加速度愈大,磁铁的正压力愈小,最大静摩擦力也愈小.当板的加速度大到某一数值时,最大静摩擦力减小到小于磁力,于是磁铁沿着平板相向运动并吸在一起.接着,磁铁和板一起作加速度方向向上、速度向下的运动,直到停在A′B′处.在这过程中,磁铁对板的正压力增大,最大静摩擦力亦增大,因两磁铁已碰在一起,磁力、接触处出现的弹力和可能存在的静摩擦力总是平衡的,两条磁铁吸在一起的状态不再改变.
(ii)从板突然竖直向上平移到停下,板和磁铁的运动也经历两个阶.起初,板和磁铁一起作加速度方向向上、速度向上的运动,在这过程中,正压力增大,最大静摩擦力亦增大,作用于每个磁铁的磁力与静摩擦力始终保持平衡,磁铁在水平方向不发生运动.接着,磁铁和板一起作加速度力减小,向下的加速度愈大,磁铁的正压力愈小,最大静摩擦力也愈小.当板的加速度大到某一数值时,最大静摩擦力减小到小于磁力,于是磁铁沿着平板相向运动并吸在一起.
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