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弹簧模型专题(有答案)
2025-09-29 18:25:06 责编:小OO
文档
高中物理弹簧模型专题

一、弹簧称的示数

例1.如图所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:①中弹簧的左端固定在墙上;②中弹簧的左端受大小也为 F 的拉力作用;③中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动;④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动.若认为弹簧的质量都为零,以 l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则判断l1、l2、l3、l4的大小关系。

变式训练.一个质量为m的物体在一弹簧称的作用下沿竖直向上做加速度为a的匀加速直线运动,忽略空气阻力,重力加速度为g,求弹簧称的示数.

规律总结:弹簧称的示数等于轻质弹簧一端的拉力大小,并不一定等于物体的重力

二、与物体平衡相关的弹簧问题  

例2.如图示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态.现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面弹簧.在这过程中下面木块移动的距离为  (  C  ) 

A.m1g/k1      B.m2g/k2      C.m1g/k2       D.m2g/k2

三、弹簧的瞬时性问题

例3.质量分别为m和2m的小球P、Q用轻弹簧相连,P用细线悬挂在天花板下,开始系统处于静止。求:

(1)剪断细线瞬间,P、Q的加速度

(2)剪断弹簧瞬间,P、Q的加速度

变式训练.如图所示,小球P、Q质量均为m,分别用轻弹簧b和细线c悬挂在天花板下,再用另一细线d、e与左边的固定墙相连,静止时细线d、e水平,b、c与竖直方向夹角均为θ=37º。下列判断正确的是

A.剪断d瞬间P的加速度大小为0.6g

B.剪断d瞬间P的加速度大小为0.75g

C.剪断e前c的拉力大小为0.8mg

D.剪断e后瞬间c的拉力大小为1.25mg

规律总结:当弹簧两端都有约束时,弹簧弹力不发生突变;细绳的弹力可以发生突变

四、与动力学相关的弹簧问题

例4.如图所示,一轻质弹簧竖直放在水平地面上,小球A由弹簧正上方某高度自由落下,与弹簧接触后,开始压缩弹簧,设此过程中弹簧始终服从胡克定律,那么在小球压缩弹簧的过程中,以下说法中正确的是( BD    )                     

A.小球加速度方向始终向上      B.小球加速度方向先向下后向上

C.小球速度一直减小         D.小球速度先增大后减小

边式训练:如图所示,轻弹簧下端固定,竖立在水平面上。其正上方A位置有一只小球。小球从静止开始下落,在B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到零。小球下降阶段下列判断中正确的是( C   )

A.在B位置小球动能最大

B.在C位置小球加速度最大

C.从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加

D.从B→D位置小球重力势能的减少小于弹簧弹性势能的增加

方法总结:以力为线索分析物体的运动过程(先分析加速度,后分析速度)

例5.如图所示,两个木块A、B叠放在一起,B与轻弹簧相连,弹簧下端固定在水平面上,用竖直向下的力F压A,使弹簧压缩量足够大后,停止压缩,系统保持静止。这时,若突然撤去压力F,A、B将被弹出且分离。下列判断正确的是  ( A )

A.木块A、B分离时,弹簧的长度恰等于原长

B.木块A、B分离时,弹簧处于压缩状态,弹力大小等于B的重力

C.木块A、B分离时,弹簧处于压缩状态,弹力大小等于A、B的总重力

D.木块A、B分离时,弹簧的长度可能大于原长

变式训练.如图所示,质量均为m=500g的木块A、B叠放在一起,轻弹簧的劲度为k=100N/m,上、下两端分别和B与水平面相连。原来系统处于静止。现用竖直向上的拉力F拉A,使它以a=2.0m/s2的加速度向上做匀加速运动。求:

⑴经过多长时间A与B恰好分离?   (t=0.2s)

⑵上述过程中拉力F的最小值F1和最大值F2各多大?(F1=2N,F2=6N)

⑶刚施加拉力F瞬间A、B间压力多大?(N=4N)

规律总结:相互接触两物体分离时特点是相互作用的弹力为零,加速度相同

五、与动量、能量相关的弹簧问题

例6.用轻弹簧相连的质量均为2 kg 的A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动,弹簧处于原长,质量为4 kg的物块C静止在前方,如图所示.B与C碰撞后二者粘在一起运动,则在以后的运动中:

(1)当弹簧的弹性势能最大时,物体A的速度为多大?(3 m/s)

(2)弹簧弹性势能的最大值是多少?(Ep=12 J)

(3)A的速度方向有可能向左吗?为什么?(不可能)

两个重要结论:

(1)弹簧压缩和伸长的形变相同时,弹簧的弹性势能相等;

(2)弹簧连接两个物体做变速运动时,弹簧处于原长时两物体的相对速度最大,弹簧的形变最大时两物体的速度相等,弹簧的弹性势能最大.

例7.如图所示,半径分别为R和r(R>r)的甲乙两光滑圆轨道安置在同一竖直平面内,两轨道之间由一条光滑水平轨道CD相连,在水平轨道CD上一轻弹簧a、b被两小球夹住,同时释放两小球,a、b球恰好能通过各自的圆轨道的最高点,求:

    (1)两小球的质量比. ()

    (2)若,要求ab都能通过各自的最高点,弹簧释放前至少具有多少弹性势能。(5mgR)下载本文

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