Hệ vật "lò xo - vật - Trái Đất" là hệ cô lập (do không chịu ngoại lực tác dụng) nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí A làm mốc tính thế năng trọng trường ( W t  = 0) và chọn vị trí lò xo không bị biến dạng làm mốc thế năng đàn hồi ( W đ h  = 0). Khi đó cơ năng của hệ vật tại vị trí bất kì có giá trị bằng tổng của động năng  W đ  thế năng trọng trường  W t  và thế năng đàn hồi  W đ h  :

W =  W đ  +  W t  +  W đ h  = m v 2 /2 + mgh + k ∆ l 2 /2

Tại vị trí cân bằng O : hệ vật đứng yên, lò xo bị nén một đoạn  ∆ l 0  =10 cm và lực đàn hồi F đ h  cân bằng với trọng lực P tác dụng lên vật :

k ∆ l 0 = mg

⇒ k ∆ l 0  = mg ⇒ k = mg/ ∆ l 0  = 8.10/10. 10 - 2 = 800(N/m)

Ta có: \(\left\{{}\begin{matrix}F_1=k\cdot\Delta l_1=k\left(0,23-l_0\right)=0,6\cdot10=6\\F_2=k\cdot\Delta l_2=k\cdot\left(0,24-l_0\right)=0,8\cdot10=8\end{matrix}\right.\)

Rút k từ hai pt trên ta đc:

\(\Rightarrow\dfrac{6}{0,23-l_0}=\dfrac{8}{0,24-l_0}\)

\(\Rightarrow l_0=0,2m=20cm\)

Độ cứng lò xo:

\(k=\dfrac{6}{0,23-0,2}=200\)N/m

Độ dãn lò xo khi treo vật 1,5kg là:

\(\Delta l'=\dfrac{F_{đh}}{k}=\dfrac{P}{k}=\dfrac{10m}{k}=\dfrac{10\cdot1,5}{200}=0,075m=7,5cm\)

Độ dài lò xo lúc này:

\(l=l_0+\Delta l'=20+7,5=27,5cm\)

a) Độ biến dạng của lò xo là:

\(\Delta l=l-l_0=22-20=2\left(cm\right)=0,02cm\)

Ta có: \(P+F=0\) (ở vị trí cân bằng)

\(\Rightarrow P=F\)

Mà \(P=mg\) và \(F=k\Delta l\)

\(\Rightarrow mg=k\Delta l\)

\(\Leftrightarrow k=\dfrac{mg}{\Delta l}\)

\(\Leftrightarrow k=\dfrac{0,5.10}{0,02}\)

\(\Leftrightarrow k=250N/m\)

b) Độ dài lò xo dãn ra:

Ta có: \(P=F\)

\(\Leftrightarrow\left(m_1+m_2\right).g=k.\Delta l\)

\(\Leftrightarrow\Delta l=\dfrac{\left(m_1+m_2\right).g}{k}\)

\(\Leftrightarrow\Delta l=\dfrac{\left(0,5+0,3\right).10}{250}=0,032\left(m\right)=3,2\left(cm\right)\)

Chiều dài của lò xo:

\(l=\Delta l+l_0=3,2+20=23,2\left(cm\right)\)

a) (1 điểm)

- Phân tích lực cho m, vẽ hình biểu diễn các lực. (0,25 điểm)

- Viết PT:  (0,25 điểm)

 (0,5 điểm)

- Vậy khi m cân bằng thì lò xo dãn 2,5 cm.

b)

- Theo định luật 2 Niu Tơn ta có:  (0,25 điểm)

- Chiếu PT vec tơ lên phương của trọng lực ta có:

 (0,25 điểm)

- Vị trí cân bằng của vật trùng với vị trí lò xo không biến dạng nên Fdh = 0

⇒ F = -P = -mg = -0,1.10 = -1(N) (0,5 điểm)

- Vậy lực F tác dụng vào vật hướng thẳng đứng từ dưới lên, có độ lớn là 1 N.

c)

- Ta có: 

Vì vật m chuyển động quay trong mặt phẳng ngang nên  (0,25 điểm)

- Có: 

Xét: 

 (0,25 điểm)

- ADCT: 

 (0,25 điểm)

- ADCT:  (0,25 điểm)

Lực đàn hồi:

\(F_{đh}=P=10m=10\cdot0,5=5N\)

Độ dãn lò xo:

\(\Delta l=\dfrac{F_{đh}}{k}=\dfrac{5}{50}=0,1m=10cm\)

Chiều dài lò xo khi cân bằng:

\(l=l_0+\Delta l=20+10=30cm\)