84道有关弹簧的问答.doc
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1、,高中物理复习:84道关于弹簧的问题1.如图轻质弹簧长为L,竖直固定在地面上,质量为m的小球,由离地面高度为H处,由静止开始下落,正好落在弹簧上,使弹簧的最大压缩量为x,在下落过程中,小球受到的空气阻力恒为f,则弹簧在最短时具有的弹性势能为 A A.(mg-f)(H-L+x)B.mg(H-L+x)-f(H-L) C.mgH-f(H-L) D.mg(L-x)+f(H-L+x) 2.一物体从某一高度自由落下,落在直立于地面的轻弹簧上,如图所示,在A点,物体开始与弹簧接触,到B点时,物体速度为零,然后被弹回。下列说法中正确的是( )A物体从A下降到B的过程中,速率不断变小B物体从B上升到A的过程中,
2、速率不断变大C物体从A下降到B,以及从B上升到A的过程中,速率都是先增大,后减小D物体在B点时,所受合力为零答案:C3.如图所示,四根相同的轻质弹簧连着相同的物体,在外力作用下做不同的运动: (1)在光滑水平面上做加速度大小为g的匀加速直线运动; (2)在光滑斜面上沿斜面向上的匀速直线运动; (3)做竖直向下的匀速直线运动; (4)做竖直向上的加速度大小为g的匀加速直线运动。设四根弹簧伸长量分别为l1、l2、l3、l4,不计空气阻力,g为重力加速度,则( )Al1l2Bl3l4Dl2l3答案:AB4.放在粗糙水平面上的物块A、B用轻质弹簧秤相连,如图所示,物块与水平面间的动摩擦因数均为,今对物
3、块A施加一水平向左的恒力F,使A、B一起向左匀加速运动,设A、B的质量分别为m、M,则弹簧秤的示数( )AB CD答案:B5.如图4所示,两个质量分别为m12kg、m2=3kg的物体置于光滑的水平面上,中间用轻质弹簧秤连接。两个大小分别为F1=30N、F2=20N的水平拉力分别作用在m1、m2上,则 ( )A弹簧秤的示数是25N B弹簧秤的示数是50NC在突然撤去F2的瞬间,m1的加速度大小为5m/s2D在突然撤去F1的瞬间,m1的加速度大小为13ms2答案:D6. 如图所示,劲度系数为k的轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,一质量为m的小球,从离弹簧上端高h处自由释放,压上弹簧后继续向下运
4、动的过程中。若以小球开始下落的位置的原点,沿竖直向下建一坐标轴ox,则小球的速度平方v2随坐标x的变化图象如图所示,其中OA段为直线,AB段是与OA相切于A点的曲线,BC是平滑的曲线,则A、B、C各点对应的位置坐标及加速度,以下说法正确的是( )AxA=h,aA=0BxB=h,aB=g CxB=h+,aB=0DxC=h+,aCg答案:C7.如图所示,质量分别为m1、m2的两个物块间用一轻弹簧连接,放在倾角为的粗糙斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数均为平行于斜面、大小为F的拉力作用在m1上,使m1、m2一起向上作匀加速运动,斜面始终静止在水平地面上,则 ( )A弹簧的弹力为 B弹簧的弹力为m2gs
5、inC地面对斜面的摩擦力水平向左 D地面对斜面的摩擦力水平向右FFFF答案:AC8、如图所示,用相同材料做成的质量分别为m1、m2的两个物体中间用一轻弹簧连接。在下列四种情况下,相同的拉力F均作用在m1上,使m1、m2作加速运动:拉力水平,m1、m2在光滑的水平面上加速运动。拉力水平,m1、m2在粗糙的水平面上加速运动。拉力平行于倾角为的斜面,m1、m2沿光滑的斜面向上加速运动。拉力平行于倾角为的斜面,m1、m2沿粗糙的斜面向上加速运动。以l1、l2、l3、l4依次表示弹簧在四种情况下的伸长量,则有( )A、l2l1B、l4l3C.、l1l3D、l2l4答案:D9. 、两个小球质量分别为、,由
6、两轻质弹簧连接(如图所示),处于平衡状态,下列说法正确的是( )、将球上方弹簧剪断的瞬时,的加速度为零,的加速度为零;、将球上方弹簧剪断的瞬时,的加速度不为零,的加速度为零;、将球下方弹簧剪断的瞬时,的加速度不为零,的加速度为零;、将球下方弹簧剪断的瞬时,的加速度不为零,的加速度不为零;答案:BD一水平轻弹簧系住,并用倾角为60的光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态,当木板AB突然向下撤离的瞬间,小球的加速度为( )A0 B大小为g,方向竖直向下C大小,方向垂直木板向下 D大小为2g,方向垂直木板向下答案:D10.如图所示,劲度系数为k1的轻弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2拴接,劲
7、度系数为k2的轻质弹簧上端与物体2拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态,现用力将物体1缓慢是竖直上提,直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面,在此过程中,物块2的重力势能增加了,物块1的重力势能增加了.6.,(m1+m2)g2()11.如图所示,一个劲度系数为k的轻弹簧竖立在桌面上,弹簧的下端固定于桌面上,上端与一质量为M的金属盘固定连接,金属盘内放一个质量为m的砝码,现让砝码随金属盘一起在竖直方向作简谐振动.为了保证砝码在振动过程中不脱离金属盘,则振动幅度最大不能超过多少? (m+M)g/k12.A、B两木块叠放在竖直轻弹簧上,如图所示,已知木块A、B的质量分别为0.42kg和0.
8、40kg,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0.5m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动(g取10m/s2)求:(1)使木块A竖直向上做匀加速运动的过程中,力F的最大值.(2)若木块A由静止开始做匀加速运动,直到A、B分离的过程中,弹簧的弹性势能减小了0.248J,求在这个过程中力F对木块做的功是多少?34.(1)4.41N(2)0.0964J13(9分)如图所示,在倾角为的光滑斜面上有两个用轻质弹簧相连接的物体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,系统处于静止状态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运
9、动,当物块B刚要离开C时,求 (1)物块A的加速度大小; (2)从开始到此时物块A的位移大小。2.4.6(已知重力加速度为g)14(9分)解答:(1)当B刚离开C时,设弹簧的伸长量为x2,以B为研究对象,根据力的平衡 2分以A为研究对象,设A的加速度为a,根据牛顿第二定律 2分联立解得 1分(2)设未施力F时弹簧的压缩量为x1,以A为研究对象,根据力的平衡 2分由题意知,物块A的位移 1分联立解得 1分15.如图,在光滑水平面上有一物块受水平恒力F的作用而运动,在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧,当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中,下列说法正确的是()A物块接触弹簧后即做减速运动B物块接
10、触弹簧后先加速后减速C当弹簧处于压缩量最大时,物块的加速度不等于零D当物块的速度为零时,它所受的合力不为零8.如图,质量均为的、两球之间系着一条不计质量的轻弹簧,放在光滑的水平面上,球紧靠墙壁,今用力将球向左推压弹簧,平衡后,突然将力撤去的瞬间,则()AA球的加速度为a = F/mBA球的加速度为零CB球的加速度为a = F/mDB球的加速度为零16:(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上方的一段绳沿竖直
11、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 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) 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 由式得 由式
12、得 综上举例,从中看出弹簧试题的确是培养、训练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17、如图2所示,两个木块质量分别为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
13、上面的木块,直到它刚离开上面的弹簧,在这过程中下面木块移动的距离为:分析和解:此题用整体法求最简单。由题意可将图2改为图3所示,这样便于分析求解,当m1、m2视为一系统(整体)时,整个系统处于平衡状态,即F=0评析:尽管此题初看起来较复杂,但只需选用整体法来分析求解,问题就会迎刃而解。18、如图4所示,质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上,B与弹簧相连,它们一起在光滑水平面上作简谐振动,振动过程中A、B之间无相对运动。设弹簧的劲度系数为k,当物体离开平衡的位移为x时,A、B间磨擦力的大小等于 ( )分析和解:此题属于简谐振动。当物体位移为x时,根据题意将M、m视为整体,由胡克定律和牛顿第二
14、定律,得:再选A为研究对象,使A随B振动的回复力只能是B振动的回复力只能是B对A的静磨擦力,由f=ma 联立得,故选(D)19、(2005年全国理综III卷)如图所示,在倾角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,由胡克定律和牛顿定律可知 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=mB
15、gsin FmAgsinkx2=mAa 由式可得 由题意 d=x1+x2 由式可得 20如图5所示,一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的轻弹簧和细绳上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向的夹角为,12水平拉直,物体处于平衡状态,现将12剪断,求剪断瞬时物体的加速度。解析:设l1上拉力为T1,l2上拉力为T2,重力为mg,物体在三力作用下,保持平衡。剪断线的瞬间,T2突然消失,物体即在T2反方向获得加速度,因为mgtan=ma,所以加速度a=gtan,方向为T2反方向。如果将图5中的轻弹簧l1改为长度相同的细绳,如图6所示,其它条件不变,求剪断l2的瞬间物体的加速度。21:如图7所示,A
16、、B两球质量相等,A球用不能伸长的轻绳系于0点,B球用轻弹簧系于o点,o与o点在同一水平面上分别将A、B球拉到与悬点等高处,使绳和轻弹簧均处于水平,弹簧处于自然状态,将两球分别由静止开始释放,当两球达到各自惫点的正下方时,两球仍处在同一水平面上,试比较此时两球的动能的大小。解析:A球下摆过程中只有重力做功,则A球达到悬点正下方时,动能EKAmgl。B球下摆时,除重力做功外,弹簧弹力也做功,弹簧及小球B构成系统机械能守恒,则摆到o点正下方时有:22.如图1所示,小圆环重固定的大环半径为R,轻弹簧原长为L(L2R),其劲度系数为k,接触光滑,求小环静止时。弹簧与竖直方向的夹角。解析以小圆环为研究对
17、象,小圆环受竖直向下的重力G、大环施加的弹力N和弹簧的弹力F。若弹簧处于压缩状态,小球受到斜向下的弹力,则N的方向无论是指向大环的圆心还是背向大环的圆心,小环都不能平衡。因此,弹簧对小环的弹力F一定斜向上,大环施加的弹力刀必须背向圆心,受力情况如图2所示。根据几何知识,“同弧所对的圆心角是圆周角的二倍”,即弹簧拉力N的作用线在重力mg和大环弹力N的角分线上。所以另外,根据胡可定律:解以上式得:即只有正确分析出弹簧处于伸长状态,因而判断出弹力的方向成了解决问题的思维起点。23.已知弹簧劲度系数为k,物块重为m,弹簧立在水平桌面上,下端固定,上端固定一轻质盘,物块放于盘中,如图3所示。现给物块一向
18、下的压力F,当物块静止时,撤去外力。在运动过程中,物块正好不离开盘,求:(1)给物块所受的向下的压力F。(2)在运动过程中盘对物块的最大作用力。解析(1)由于物块正好不离开盘,可知物块振动到最高点时,弹簧正好处在原长位置,所以有:由对称性,物块在最低点时的加速度也为a,因为盘的质量不计,由牛顿第二定律得:物块被压到最低点静止时有:由以上三式得:(2)在最低点时盘对物块的支持力最大,此时有:,解得。的内部有一直立的轻弹簧。弹簧下端固定于容器内部底部,上端系一带正电、质量为m的小球在竖直方向振动,当加一向上的匀强电场后,弹簧正好在原长时,小球恰好有最大速度。在振动过程中球形容器对桌面的最小压力为0
19、,求小球振动的最大加速度和容器对桌面的最大压力。解析因为弹簧正好在原长时,小球恰好速度最大所以有:小球在最高点时容器对桌面的压力最小,有:此时小球受力如图6所示,所受合力为由以上三式得小球的加速度。显然,在最低点容器对桌面的压力最大,由振动的对称性可知小球在最低点和最高点有相同的加速度,所以。解以上式子得:所以容器对桌面的压力24. 如图2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(但不栓接),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. B. C. D. 解析:我们把m1、
20、m2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 当上面木块离开弹簧时,受重力和弹力,则25. 质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上。平衡时,弹簧的压缩量为xo如图4所示。一物块从钢板正上方距离为3x的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连。它们到达最底点后又向上运动。已知物块质量也为m时它们恰能回到O点。若物块质量为2m,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度。求物块向上运动到达的最高点与O点的距离。解析:本题涉及两个物理过程,第一过程就是m下落与钢板的作用过程,第二过程就是2m下落与钢板的作用过程。第一过程包
21、括:自由落体、碰撞、振动3个过程;第二过程包括:自由落体、碰撞、振动、竖直上抛4个过程。此题涉及的物理过程有4个,用到的物理规律和公式有4个,它将动量守恒和机械能守恒完美地统一在一起,交替使用,可以说是一道考查考生能力的好试题。物块与钢板碰撞时的速度由机械能守恒或自由落体公式可求得 (1)设v1表示质量为m的物块、钢板碰撞后一起向下运动的速度,因碰撞时间极短,系统所受外力远小于相互作用的内力,符合动量守恒,故 (2)设刚碰完时弹簧的弹性势能为Ep,当它们一起回到O点时,弹簧无形变,弹簧势能为零,根据题意,由机械能守恒得 (3)设v2表示质量为2m的物块与钢板碰后开始一起向下运动的速度,由动量守
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- 84 有关 弹簧 问答
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