弹簧连接体专题

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方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上升一质量为的 物体C并从静止状态释放,已知它恰好能使B离开 地面但不继续上升。若将C换成另一个质量为的物 体D,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次 B刚离地时D的速度的大小是多少?
已知重力加速度为g。
解:开始时,A、B静止,设弹簧压缩量为x1,有kx1=m1g ①
F
图9
如图9所示,一劲度系数为k=800N/m的轻弹簧两端
各焊接着两个质量均为m=12kg的物体A、B。物体A、
B和轻弹簧竖立静止在水平地面上,现要加一竖直向
上的力F在上面物体A上,使物体A开始向上做匀加速
运动,经0.4s物体B刚要离开地面,设整个过程中弹
簧都处于弹性限度内,g=10m/s2 ,
求:(1)此过程中所加外力F的最大值和最小值。
A. l k m1g
B. l k m2 g
图44
C.lk(m1 m2)g
D.l
k
( m1m2 m1 m2
)g
• 【例2】(2002年广东省高考题)如图所示,a、b、 c为三个物块,M、N为两个轻质弹簧,R为跨过光滑定 滑轮的轻绳,它们均处于平衡状态.则:( AD )
• A.有可能N处于拉伸状态而M处于压缩状态
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?
F
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: E弹W弹(木板克服弹力做功,
就是弹力对木块做负功),
依据动能定理: E km gxW FW 弹 0
W弹=-mgx-WF=-4.5J 弹性势能增加4.5焦耳
1 2 ( m 3 m 1 ) v 2 1 2 m 1 v 2 ( m 3 m 1 ) g ( x 1 x 2 ) m 1 g ( x 1 x 2 ) E
由③④式得: 1 2(2m 1m 3)v2m 1g(x1x2)
由①②⑤式得: v 2m1(m1 m2)g2 (2m1 m3)k
综上举例,从中看出弹簧试题的确是培养、训练
从A、B分离后到物体C刚好离开地面的过程中, 物体B和弹簧组成的系统机械能守恒,
联即立:以12上M 方程v32解得E:HMg8Mxg 2E
k Mg
点评(1)“刚好”含义的理解。
(2)物理过程的分析。
(3)状态的选取。
(2005年全国理综II卷)如图,质量为的物体A经一 轻质弹簧与下方地面上的质量为的物体B相连,弹 簧的劲度系数为k,A、B都处于静止状态。一条不 可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体A,另一端 连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态,A上
点的一段运动过程中( CD )
(A)升降机的速度不断减小 (B)升降机的加速度不断变大 (C)先是弹力做的负功小于重力做的正功, 然后是弹力做的负功大于重力做的正功
(D)到最低点时,升降机加速度的值一定大 于重力加速度的值。
例3:如图所示,物体B和物体C用劲度系数
为k的轻弹簧连接并竖直地静置于水平地面上,
有关弹簧问题的专题复习
纵观历年高考试题,和弹簧有关的物理 试题占有相当的比重,高考命题者常以弹簧 为载体设计出各类试题,这类试题涉及到静 力学问题、动力学问题、动量守恒和能量守 恒问题、振动问题、功能关系问题,几乎贯 穿于整个力学知识体系,为了帮助同学们掌 握这类试题的分析方法,同时也想借助于弹 簧问题,将整个力学知识有机地结合起来,让 同学们对整个力学知识体系有完整的认识, 特将有关弹簧问题分类研究如下.
1 at 2 2
④ ⑤
F
由①、④两式解得 a=3.75m/s2 ,
A
分别由②、③得F1=45N,F2=285N
B
(2)在力F作用的0.4s内,初末状态的弹性势能 相等,由功能关系得:
WF=mg(x1+x2)+
1 m(at)2 2
49.5J
思考:若A、B的质量不相等,
F
求此过程中外力F所做的功,
A
还需要知道哪些条件?
示。现给P施加一个竖直向上的力F,使P从静止开始
向上做匀加速直线运动,已知在最初0.2s内F是变
化的,在0.2s后是恒定的,求F的最大值和最小值
各是多少?(g=10m/s2)
F
图9
思考:
1 何时分离时? 2分离时物体是否处于平衡态。弹簧是否处于原长? 3.如何求从开始到分离的位移? 4.盘对物体的支持力如何变化。 5、要求从开始到分离力F做的功,需要知道哪些条件?
点评:弹力是变力,缓慢下移,F也是变力,
所以弹力功
W弹Fx50J
(2)连接题问题
【例1】如图所示,在一粗糙水平上有两个质
量分别为m1和m2的木块1和2,中间用一原
长为 l、劲度系数为k的轻弹簧连结起来,木
块与地面间的动摩擦因数为,现用一水平
力向右拉木块2,当两木块一起匀速运动时
两木块之间的距离是A (2001年湖北省卷)
C.A离开墙壁后,系统动量守恒; D.A离开墙壁后,系统机械能守恒。
思考:若力F压缩弹簧做
的 求功 弹为 簧E最,大m的B弹=2性m势A 能?2 E 图34 3
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( C E )
挂C并释放后,C向下运动,A向上运动,
设B刚要离地时弹簧伸长量为x2,有kx2=m2g

B不再上升,表示此时A和C的速度为零,C已降到其最低点。
由机械能守恒,与初始状态相比,弹簧性势能的增加量为:
△E=m3g(x1+x2)-m1g(x1+x2) ③
C换成D后,当B刚离地时弹簧势能的增量与前一次相同, 由能量关系得:
学生物理思维和反映、开发学生的学习潜能的 优秀试题。弹簧与相连物体构成的系统所表现 出来的运动状态的变化,是学生充分运用物理 概念和规律(牛顿第二定律、动能定理、机械 能守恒定律、动量定理、动量守恒定律)巧妙 解决物理问题、施展自身才华的广阔空间,当 然也是区分学生能力强弱、拉大差距、选拔人 才的一种常规题型。因此,弹簧试题也就成为 高考物理的一种重要题型。而且,弹簧试题也 就成为高考物理题中一类独具特色的考题
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(2)此过程中外力F所做的功。
F
A
B 图9
解:(1)A原来静止时:kx1=mg

当物体A开始做匀加速运动时,拉力F最小,
设为F1,对物体A有:F1+kx1-mg=ma ②
当物体B刚要离开地面时,拉力F最大,
设为F2,对物体A有:F2-kx2-mg=ma ③
对物体B有:kx2=mg 对物体A有:x1+x2=
1、静力学中的弹簧问题。
2、动力学中的弹簧问题。
3、与动量和能量有关的弹簧问题。
1、静力学中的弹簧问题
(1)单体问题。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
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
A. m 1 g B. m 2 g C. m 1 g D. m 2 g
k1
k1
k2
k2
2、动力学中的弹簧问题。
(1)瞬时加速度问题
【例4】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,则 A.烧断细绳瞬间,小球的加速度 B.烧断细绳瞬间,小球的加速度 C.在C处弹簧与小球脱开瞬间,小球的加速度 D.在C处弹簧与小球脱开瞬间,小球的加速度
此时弹簧的势能为E。这时一个物体A从物体
B的正上方由静止释放,下落后与物体B碰撞,
碰撞后A与B立刻一起向下运动,但A、B之间
并不粘连。已知物体A、B、C的质量均为M,
重力加速度为g,忽略空气阻力。求当物体A
从距B多大的高度自由落下时,才能使物体C
恰好离开水平地面?
A
B
C
解:设物体A从距B的高度H处自由落下,A与B碰撞前 的速度为v1,由机械能守恒定律得
• B.有可能N处于压缩状态而M处于拉伸状态
• C.有可能N处于不伸不缩状态而M处于拉伸状态
• D.有可能N处于拉伸状态而M处于不伸不缩状态
【例3】(1999年全国高考题)如图所示,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( )
mg-kx-N=ma 得:N=mg-kx-ma
当N=0时,物体与平板分离,
所以此时: x m(g a)
k
因为
x
1 2
at 2,所以
t
2m(g a) ka
图7
总结:对于面接触的物体,在接触面间弹力变 为零时,它们将要分离。抓住相互接触物体分 离的这一条件,就可顺利解答相关问题。
练习1:一弹簧秤的秤盘质量m1=1.5kg,盘内放一 质量为m2=10.5kg的物体P,弹簧质量不计,其劲 度系数为k=800N/m,系统处于静止状态,如图9所
对于弹簧,从受力的角度看,弹簧上的弹力是变 力;从能量的角度看,弹簧是个储能元件;因此, 关于弹簧的问题,能很好的考察学生的分析综合 能力,备受高考命题专家的青睐。如97全国高考 的25题、2000年全国高考的22题、2003年江苏 卷的20题、2004年广东卷的17题、2005年全国 卷I的24题等。 类型:
为的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接 的物块A、B,它们的质量分别为mA、mB, 弹簧的劲度系数为k,C为一固定挡板。系统 处一静止状态,现开始用一恒力F沿斜面方 向拉物块A使之向上运动,求物块B刚要离 开C时物块A的加速度a和从开始到此时物 块A的位移d,重力加速度为g。
解:令x1表示未加F时弹簧的压缩量,由胡克定律和
例:一根劲度系数为k,质量不计的轻弹簧, 上端固定,下端系一质量为m的物体,有一水 平板将物体托住,并使弹簧处于自然长度。如 图7所示。现让木板由静止开始以加速度a(a <g)匀加速向下移动。求经过多长时间木板 开始与物体分离。
图7
分析与解:设物体与平板一起向下运动的 距离为x时,物体受重力mg,弹簧的弹力 F=kx和平板的支持力N作用。据牛顿第二 定律有:
练习: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

B球的加速度为
。如果剪断弹簧呢?
A
A B B
总结:
剪断的瞬间,若弹簧两 端有物体,则弹簧上的 弹力不发生变化,若一 端有物体,则弹簧上的 弹力瞬间消失。
(2005年全国理综III卷)如图所示,在倾角
v1= 2 gH
设A、B碰撞后共同速度为v2,则由动量守恒定律得:
Mv1=2Mv2,解得: v2= gH 2
当C刚好离开地面时,由胡克定律得弹簧伸长量为 x=Mg/k,由于对称性,所以弹簧的弹性势能仍为E。
当弹簧恢复原长时A、B分离,设此时A、B的速度为v3, 则对A、B一起运动的过程中
由机械能守恒得:1 22M32+ v2M g1 2x2M22vE
B 图9
练习2: A、B两木块叠放在竖直的轻弹簧上, 如图3(a)所示。已知木块A、B的质量,轻弹 簧的劲度系数k=100N/m,若在木块A上作用一 个竖直向上的力F,使A由静止开始以的加速度 竖直向上作匀加速运动(g取10m/s2)
(1)使木块A竖直向上做匀加速运动的过程中,
力F的最小值和最大值各为多少?
牛顿定律可知mAgsinkx ①
令x2表示B刚要离开C时弹簧的伸长量, a表示此时 A的加速度,由胡克定律和牛顿定律可知:
kx2=mBgsinθ ②
F-mAgsinθ-kx2=mAa ③
由②③式可得: aF(mAmB)gsin ④
mA
由题意 d=x1+x2 ⑤
由①②⑤式可得
d(mAmB)gsin
k
(2)连接体问题。
(2)若木块由静止开始做匀加速运动
F
直到A、B分离的过程中,弹簧的弹性势能 A
减小0.248J,求力F做的功。
B
3:与动量能量相关的弹簧问题。
例1:如图34,木块AB用轻弹簧连接,放在光 滑的水平面上,A紧靠墙壁,在木块B上施加向 左的水平力F,使弹簧压缩,当撤去外力后; A.A尚未离开墙壁前,弹簧和B的机械能守恒; B.A尚未离开墙壁前,系统的动量守恒;
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