高考物理弹簧类问题专题复习

《弹簧问题专题》教案

一、学习目标

轻弹簧是一种理想化的物理模型，该模型是以轻弹簧为载体，设置复杂的物理情景，可以考查力的概念、物体的平衡、牛顿定律的应用、能的转化与守恒，以及我们分析问题、解决问题的能力，所以在高考命题中时常出现这类问题，也是高考的难点之一。 二、有关弹簧题目类型 1、平衡类问题 2、突变类问题

3、简谐运动型弹簧问题

4、功能关系型弹簧问题

5、碰撞型弹簧问题

6、综合类弹簧问题 三、知能演练 1、平衡类问题

例1.(1999年，全国)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k 1和k 2，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( )

A.m1g/k 1

B.m2g/k 2

C.m1g/k 2

D.m2g/k 2

解析：我们把m m 12、看成一个系统，当整个系统处于平衡状态时，整个系统受重力和弹力，即

()()/m m g k x x m g m g k 12211122

+==+则

当上面木块离开弹簧时，m 2受重力和弹力，则

m g k x x m g k x x x m g k C 222222

1212===-=，则所以，应选（）

//∆

【例2】、（2012 浙江）14、如图所示，与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m=1.0kg 的物体。细绳的一端摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连。物体静止在斜面上，弹簧秤的示数为4.9N 。关于

物体受力的判断（取g=9.8m/s2），下列说法正确的是C A.斜面对物体的摩擦力大小为零

B. 斜面对物体的摩擦力大小为4.9N ，方向沿斜面向上

C. 斜面对物体的摩擦力大小为4.9N ，方向沿斜面向下

D. 斜面对物体的摩擦力大小为4.9N ，方向垂直斜面向上

练习1、（2010山东卷）17．如图所示，质量分别为1m 、2m 的两个物体通过轻弹簧连接，在力F 的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动（1m 在地面，2m 在空中），力F 与水平方向成θ角。则1m 所受支持力N 和摩擦力f 正确的是AC

A ．12sin N m g m g F θ=+-

B ．12cos N m g m g F θ=+-

C ．cos f F θ=

D ．sin f F θ=

2、在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为2.0kg 的木板相连。若在木板上再作用一个竖直向下的力F 使木板缓慢向下移动0.1米，力F 作功2.5J,此时木板再次处于平衡，力F 的大小为50N ，如图所示，则木板下移0.1米的过程中，弹性势能增加了多少？

解：由于木板压缩弹簧，木板克服弹力做了多少功，弹簧的弹性势能就增加了多少,即：（木板克服弹力做功，就是弹力对木块做负功）

，

W 弹＝－mgx －W F =－4.5J 所以弹性势能增加4.5焦耳

点评：弹力是变力，缓慢下移，F 也是变力，所以弹力功

2、突变类问题

例1、一个轻弹簧一端B 固定,另一端C 与细绳的一端共同拉住一个质量为m 的小球,绳的另一端A 也固定,如图所示,且AC 、BC 与竖直方向夹角分别为21θθ、、,求 （1）烧断细绳瞬间,小球的加速度

k F E mgx W W ∆=++=弹50J W Fx ≠=弹

E W ∆=-弹弹

（2）在Ｃ处弹簧与小球脱开瞬间,小球的加速度

解:(1)若烧断细绳的瞬间，小球的所受合力与原来AC 绳拉力TAC 方向等大、反向，即加速度a 1方向为AC 绳的反向，原来断绳前，把三个力画到一个三角形内部，由正弦定理知： mg/sin(180°-θ1-θ2)=T AC /sinθ2， 解得T AC =mgsinθ2/sin(180°-θ1-θ2)=mgsinθ2/sin(θ1+θ2)， 故由牛顿第二定律知：a 1=T AC /m=gsinθ2/sin(θ1+θ2) 或者: F AC ×cosθ1+F BC ×cosθ2=mg F AC ×sinθ1=F BC ×sinθ2 解之得

F AC =mgsinθ2/sin (θ1+θ2)

则瞬间加速度大小a 1=gsinθ2/sin(θ1+θ2)，方向AC 延长线方向。

(2)若弹簧在C 处与小球脱开时：则此时AC 绳的拉力突变，使此时沿AC 绳方向合力为0，故加速度沿垂直AC 绳方向斜向下（学完曲线运动那章会明白），故a 2=mgsinθ1/m=gsinθ1

答案：(1)烧断细绳的瞬间小球的加速度为（gsin θ2）/sin （θ1+θ2） (2).在C 处弹簧与小球脱开的瞬间小球的加速度为gsin θ1

例2.（2011山东）．如图所示，将两相同的木块a 、b 至于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁。开始时a 、b 均静止。弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a 所受摩擦力

0≠fa F ，b 所受摩擦力0=fb F ，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间 （ AD ）

A ．fa F 大小不变

B ．fa F 方向改变

C ．fb F 仍然为零

D ．fb F 方向向右

练习：1质量相同的小球A 和B 系在质量不计的弹簧两端，用细线悬挂起来，如图，在剪断绳子的瞬间，A 球的加速度为 2g 向下和g 向上 ， B 球的加速度为 0和g 向下 。 如果剪断弹簧呢？

A 球的加速度为0和g 向下

B 球的加速度为g 向下和g 向下

练习2 （08年全国1）如图，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连，设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间

的摩擦力，则在此段时间内小车可能是（AD ）

A ．向右做加速运动

B ．向右做减速运动

C ．向左做加速运动

D ．向左做减速运动

3、简谐运动型弹簧问题

例1．如图9所示，一根轻弹簧竖直直立在水平面上，下端固定。在弹簧正上方有一个物块从高处自由下落到弹簧上端O ，将弹簧压缩。当弹簧被压缩了x 0时，物块的速度减小到零。从物块和弹簧接触开始到物块速度减小到零过程中，物块的加速度大小a 随下降位移大小x 变化的图像，可能是下图中的D

分析：我们知道物体所受的力为弹力和重力的合力，而弹力与形变量成正比，所以加速度与位移之间也应该是线性关系，加速度与位移关系的图像为直线。物体在最低点的加速度与重力加速度之间的大小关系应该是本题的难点，借助简谐运动的加速度对称性来处理最方便。若物块正好是原长处下落的，根据简谐运动对称性，可知最低点时所受的合力也是mg ，方向向上，所以弹力为2mg ，加速度为g 。现在，初始位置比原长处要高，这样最低点的位置比上述情况要低，弹簧压缩量也要大，产生的弹力必定大于2mg ，加速度必定大于g 。

例2：如图所示，小球从a 处由静止自由下落，到b 点时与弹簧接触，到c 点时弹簧被压缩到最短，若不计弹簧的质量和空气阻力，在小球由a →b →c 运动过程中( CE ) A ．小球的机械能守恒 B.小球在b 点时的动能最大

C ．到C 点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量 D.小球在C 点的加速度最大，大小为g

E.从a 到c 的过程，重力冲量的大小等于弹簧弹力冲量的大小。

拓展：一升降机在箱底装有若干个弹簧，设在某次事故中，升降机吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中( CD

)