Question

如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝了一個(gè)壓力傳感器a和b．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量m=2.0kg的滑塊，滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)；兩彈簧的另一端分別壓在a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．當(dāng)彈簧作用在傳感器上的力為壓力時(shí)，示數(shù)為正；當(dāng)彈簧作用在傳感器上的力為拉力時(shí)，示數(shù)為負(fù)．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上．汽車(chē)靜止時(shí)，a、b的示數(shù)均為10N（取g=10m/s²）．
（1）若傳感器b的示數(shù)為14N，a的示數(shù)應(yīng)該是多少？
（2）當(dāng)汽車(chē)以什么樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器b的示數(shù)為零？
（3）若傳感器b的示數(shù)為-5N，車(chē)的加速度大小和方向如何？

Answer 1

解：（1）由題意知：
F_a0=F_b0=kx₀=10N，
F_b=k（x₀+△x）=14N
解之得：△F_b=k△x=4N
代入得：F_a=k（x₀-△x）=10N-4N=6N
（2）傳感器b的示數(shù)為零時(shí)，△F_b′=10N
則F_a′=F_a0+△F_b′=10N+10N=20N
對(duì)m應(yīng)用牛頓第二定律得F_a′=ma
得a=m/s²=10m/s²
加速度的方向向左．
（3）若當(dāng)F_b′=-5N時(shí)，△F_b″=15N
則F_a″=F_a0+△F_b″=10N+15N=25N
m受到的合力大小為F′=F_a″+=25N+5N=30N，
此時(shí)m的加速度為：m/s²=15m/s²
方向向左．
答：（1）若傳感器b的示數(shù)為14N，a的示數(shù)應(yīng)該是6N；
（2）當(dāng)汽車(chē)的加速度為10m/s²，方向向左時(shí)，傳感器b的示數(shù)為零；
（3）若傳感器b的示數(shù)為-5N，車(chē)的加速度大小為15m/s²，方向向左．
分析：（1）根據(jù)胡克定律求出汽車(chē)靜止時(shí)ab彈簧的壓縮量，再求出傳感器b的示數(shù)為14N時(shí)，b彈簧又被壓縮的量△x，則a又被拉伸了△x，根據(jù)胡克定律求解a的示數(shù)；
（2）（3）滑塊在水平方向上受到的力為a、b兩個(gè)彈簧施加的彈力，這兩個(gè)彈力的合力提供加速度，根據(jù)牛頓第二定律列式求解．
點(diǎn)評(píng)：傳感器的示數(shù)就是等于該側(cè)彈簧的彈力，也等于彈簧施加給滑塊的彈力，對(duì)滑塊受力分析，運(yùn)用牛頓第二定律解題．此題要注意彈簧的彈力跟伸長(zhǎng)量或縮短量成正比．