初中物理力与运动状态的动态变化关系实例分析与比较

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力与运动状态的动态变化关系实例分析与比较

动态变化分析始终是中考考察的核心能力，电学如此，力学亦如此。力与运动之间的动态变化问题，是指物体受到的两个力中有一个力或两个力的大小发生改变的过程。在力与运动关系的动态实例中，物体在受到空气阻力时的下落过程、小球竖直下落压缩弹簧的过程，是两个非常相似又容易混淆的过程。

忽略雨滴形状的变化

1、雨滴下落过程

雨滴在空气中下落，会受到空气阻力。而空气阻力的大小与物体运动速度大小有关，运动速度越大，物体受到的空气阻力越大。且阻力大小与速度的平方成正比，表达式为f=kv2.

接下来分析雨滴下落的完整过程：

重力大于阻力

①开始阶段，雨滴由静止开始下落，速度由0开始增大。此时的速度较小，阻力也较小。由于重力大于空气阻力，雨滴开始向下做加速运动。

②随着速度增大，阻力也随之增大。当阻力f增大到与重力相等时，雨滴受力平衡，开始做匀速直线运动。此后由于雨滴的速度大小保持不变，阻力f也保持不变，即阻力始终等于重力，f=G，雨滴始终保持匀速直线运动下去。

重力等于阻力

所以，雨滴完整的运动过程是先加速、后匀速，速度变化的拐点在受力平衡的位置。联系到纸锥在空气中先加速、后匀速的运动，也是这个原因。

2、小球下落压缩弹簧的过程

一根弹簧竖直固定在水平桌面，小球从距弹簧一定高度处由静止释放，不计空气阻力：

初始位置

①小球刚接触弹簧

刚接触弹簧

小球在空中下落，在刚接触弹簧时，由于弹簧还没有发生弹性形变，故小球不受到弹力，只有竖直向下的重力，向下做加速运动。

②弹簧开始被压缩，产生竖直向上的弹力，且随着弹簧的弹性形变增大，弹力随之增大。但在弹力增大至等于重力之前，重力始终大于弹力，小球的运动方向与较大的重力方向相同，小球仍向下做减速运动。

③当弹力增大至等于重力。

受力平衡的瞬间

此时，小球受力平衡，由于惯性仍要向下运动，继续压缩弹簧，弹力进一步增大，导致弹力大于重力。那么小球会不会做匀速直线运动呢？物体要做匀速直线运动，必须要持续一段时间，在一段时间内受力始终平衡，物体才能做匀速直线运动。而小球受力平衡只在一个特定的时刻，这一时刻的前后，小球的受力都不平衡，所以小球没有可能做匀速直线运动。

④当小球过了受力平衡的位置后，由于惯性继续向下压缩弹簧，弹力继续增大，使得竖直向上的弹力大于重力，小球的运动方向与较大力的方向相反，向下做减速运动，直至速度减小为零，将弹簧压缩至最低点。

最低点

小球有三个特殊位置：刚接触弹簧、受力平衡、最低点，三个位置决定了两个运动区间。所以，小球的完整运动状态是先加

速、后减速，且速度变化的拐点不在刚接触时，而是在压缩一段距离后的某个位置。