高一物理结点应用题有很多,以下列举几个例子:
1. 两个物体通过一轻绳连接,在推力F作用下一起做加速运动,已知推力F=3N,两个物体间摩擦因数为0.4,绳子的拉力为T,求T的大小。
2. 两个物体在水平面上运动,物体A受到一个斜向上的拉力F的作用,物体B受到水平面的摩擦力f作用,已知物体A的质量为m1,物体B的质量为m2,求拉力F的大小。
3. 两个物体通过一杆连接,在推力F作用下一起做加速运动,已知推力F=6N,两个物体间的摩擦因数为μ1=0.4,杆对物体的弹力为T,求T的大小。
这些题目都涉及到结点应用的问题,需要考虑到结点的受力情况和运动状态,通过分析结点的运动趋势和受力情况,可以得出结点的弹力和摩擦力等作用力的大小。
题目:
假设有一个由两个物体组成的系统,其中一个物体质量为m1,另一个物体质量为m2,且m1> m2。这两个物体通过一个轻质弹簧连接,初始时弹簧处于自然状态(即不受力时)。现在给系统一个冲击,使其在一段时间内做简谐运动。
要求:
1. 列出描述这个系统的动力学方程;
2. 确定系统的振动周期和振幅;
3. 假设在某一段时间内,系统振动到最低点时突然受到一个恒定的外力F作用,求出这个外力F的大小和方向。
解答:
1. 动力学方程:
$F - (m1 + m2)g = (m1 - m2)a$
其中,F为弹簧受到的外力,g为重力加速度,a为物体加速度,m1和m2为物体质量。
2. 周期和振幅:
L0 = L1 + h
其中h为振幅。根据简谐运动的周期性,我们可以得到系统的振动周期为:
T = 2π√(m/k)
其中k为弹簧的劲度系数。将上述关系代入到动力学方程中,我们可以得到:
F = (m1 + m2)g + k(h - L0)
其中k为弹簧的劲度系数。将上述关系代入到振幅h的计算公式中,我们可以得到:
h = (F - (m1 + m2)g) / k + L0
3. 外力F的大小和方向:
在系统振动到最低点时突然受到一个恒定的外力F作用,我们可以将这个外力F分解到垂直于弹簧方向和沿着弹簧方向。由于弹簧受到的外力是恒定的,所以沿着弹簧方向的分力也为恒定的。因此,我们可以得到垂直于弹簧方向的分力为:
Fy = Fsinθ
其中θ为外力与弹簧方向的夹角。由于系统在最低点时受到的外力方向与弹簧方向相反,所以θ为90度。因此,垂直于弹簧方向的分力为:
Fy = Fcosθ
由于物体受到的外力是恒定的,所以物体受到的合外力也为恒定的。因此,物体受到的外力大小为:
F' = Fy + (m1 + m2)g = Fcosθ + (m1 + m2)g
由于物体受到的外力与重力方向相反,所以外力的方向为竖直向上。
总结:当系统在最低点时突然受到一个恒定的外力F作用时,外力大小为(Fcosθ + (m1 + m2)g),方向竖直向上。这个外力使得系统的振动周期变长,振幅变小。