高级中学物理二轮收集弹簧模型(解析版).doc
《高级中学物理二轮收集弹簧模型(解析版).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高级中学物理二轮收集弹簧模型(解析版).doc(9页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、,高中物理第二轮专题弹簧模型高考分析: 轻弹簧是一种理想化的物理模型,以轻质弹簧为载体,设置复杂的物理情景,考查力的概念,物体的平衡,牛顿定律的应用及能的转化与守恒,是高考命题的重点,此类命题几乎每年高考卷面均有所见.由于弹簧弹力是变力,学生往往对弹力大小和方向的变化过程缺乏清晰的认识,不能建立与之相关的物理模型并进行分类,导致解题思路不清、效率低下、错误率较高.在具体实际问题中,由于弹簧特性使得与其相连物体所组成系统的运动状态具有很强的综合性和隐蔽性,加之弹簧在伸缩过程中涉及力和加速度、功和能等多个物理概念和规律,所以弹簧类问题也就成为高考中的重、难、热点.我们应引起足够重视. 弹簧类命题突
2、破要点: 1.弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力.当题目中出现弹簧时,要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应.在题目中一般应从弹簧的形变分析入手,先确定弹簧原长位置,现长位置,找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系,分析形变所对应的弹力大小、方向,以此来分析计算物体运动状态的可能变化.2.因弹簧(尤其是软质弹簧)其形变发生改变过程需要一段时间,在瞬间内形变量可以认为不变.因此,在分析瞬时变化时,可以认为弹力大小不变,即弹簧的弹力不突变. 3.在求弹簧的弹力做功时,因该变力为线性变化,可以先求平均力,再用功的定义进行计算,也可据动能定理和功能关系:能量转化和守恒定律求解.同时要
3、注意弹力做功的特点:Wk=-(kx22-kx12),弹力的功等于弹性势能增量的负值或弹力的功等于弹性势能的减少.弹性势能的公式Ep=kx2,高考不作定量要求,该公式通常不能直接用来求弹簧的弹性势能,只可作定性讨论.因此,在求弹力的功或弹性势能的改变时,一般以能量的转化与守恒的角度来求解.一、“轻弹簧”类问题在中学阶段,凡涉及的弹簧都不考虑其质量,称之为“轻弹簧”,是一种常见的理想化物理模型.由于“轻弹簧”质量不计,选取任意小段弹簧,其两端所受张力一定平衡,否则,这小段弹簧的加速度会无限大.故簧轻弹簧中各部分间的张力处处相等,均等于弹簧两端的受力.弹一端受力为,另一端受力一定也为。若是弹簧秤,则
4、弹簧秤示数等于弹簧自由端拉力的大小.【例1】如图所示,一个弹簧秤放在光滑的水平面上,外壳质量不能忽略,弹簧及挂钩质量不计,施加水平方向的力、,且,则弹簧秤沿水平方向的加速度为 ,弹簧秤的读数为 .【解析】 以整个弹簧秤为研究对象,利用牛顿运动定律得: ,即仅以轻质弹簧为研究对象,则弹簧两端的受力都,所以弹簧秤的读数为.说明:作用在弹簧秤外壳上,并没有作用在弹簧左端,弹簧左端的受力是由外壳内侧提供的.【答案】 二、质量不可忽略的弹簧【例2】如图所示,一质量为、长为的均质弹簧平放在光滑的水平面,在弹簧右端施加一水平力使弹簧向右做加速运动.试分析弹簧上各部分的受力情况.【解析】 弹簧在水平力作用下向
5、右加速运动,据牛顿第二定律得其加速度,取弹簧左部任意长度为研究对象,设其质量为得弹簧上的弹力为:【答案】三、弹簧长度的变化问题(胡克定律的理解与应用)【例3】如图所示,劲度系数为的轻质弹簧两端分别与质量为、的物块1、2拴接,劲度系数为的轻质弹簧上端与物块2拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态.现将物块1缓慢地竖直上提,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 .【解析】由题意可知,弹簧长度的增加量就是物块2的高度增加量,弹簧长度的增加量与弹簧长度的增加量之和就是物块1的高度增加量.由物体的受力平衡可知,弹簧的弹力将由原来的压
6、力变为0,弹簧的弹力将由原来的压力变为拉力,弹力的改变量也为 .所以、弹簧的伸长量分别为:和故物块2的重力势能增加了,物块1的重力势能增加了【答案】 四、与物体平衡相关的弹簧问题 【例4】如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30o,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为A B. C. 1:2 D. 2:1【解析】将两小球看做一个整体,对整体受力分析,可知整体受到重力、A、C的拉力共3个力的作用,由于弹簧处于平衡状态,将轻弹簧A的拉力沿竖直方向和水平方向分解可知水平方向上满足,故,又三个弹簧的劲度系数相同,据胡克定律可知弹簧
7、A、C的伸长量之比为2:1。【答案】D练习:如图所示,在水平板左端有一固定挡板,挡板上连接一轻质弹簧。紧贴弹簧放一质量为m的滑块,此时弹簧处于自然长度。已知滑块与挡板的动摩擦因数及最大静摩擦因数均为。现将板的右端缓慢抬起使板与水平面间的夹角为,最后直到板竖直,此过程中弹簧弹力的大小F随夹角的变化关系可能是图中的( )【解析】选取滑块为研究对象,其肯定受到竖直向下的重力mg、垂直斜面向上的支持力N(大小为mgcos)和沿斜面向上的摩擦力f的作用,可能还会受到沿斜面向上的弹簧弹力F的作用,当较小,即mgsinmgcos时,弹簧弹力F=0,代入数据可得此时/6,据此可排除选项AB;当mgsinmgc
8、os,即/6时,F0,根据平衡条件可得F=mgsin-mgcos,当=/3时,F=mgmg,所以选项C正确,D错误。本题答案为C。五、弹簧弹力的双向性弹簧可以伸长也可以被压缩,因此弹簧的弹力具有双向性,亦即弹力既可能是推力又可能是拉力,这类问题往往是一题多解.【例5】如图所示,质量为的质点与三根相同的轻弹簧相连,静止时相邻两弹簧间的夹角均为,已知弹簧对质点的作用力均为,则弹簧对质点作用力的大小可能为 ( )A、 B、 C、 D、【解析】 由于两弹簧间的夹角均为,弹簧对质点作用力的合力仍为,弹簧对质点有可能是拉力,也有可能是推力,因与的大小关系不确定,故上述四个选项均有可能.正确答案:ABCD六
9、、弹簧串、并联组合弹簧串联或并联后劲度系数会发生变化,弹簧组合的劲度系数可以用公式计算,高中物理不要求用公式定量分析,但弹簧串并联的特点要掌握:弹簧串联时,每根弹簧的弹力相等;原长相同的弹簧并联时,每根弹簧的形变量相等.【例6】 如图所示,两个劲度系数分别为的轻弹簧竖直悬挂,下端用光滑细绳连接,并有一光滑的轻滑轮放在细线上;滑轮下端挂一重为的物体后滑轮下降,求滑轮静止后重物下降的距离.【解析】 两弹簧从形式上看似乎是并联,但因每根弹簧的弹力相等,故两弹簧实为串联;两弹簧的弹力均,可得两弹簧的伸长量分别为,两弹簧伸长量之和,故重物下降的高度为: 七、与动力学相关的弹簧问题 【例7】如图所示,一轻
10、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( ) A.小球加速度方向始终向上B.小球加速度方向始终向下C.小球加速度方向先向下后向上D.小球加速度方向先向上后向下 参考答案:C (试分析小球在最低点的加速度与重力加速度的大小关系)练习1:如图所示,一轻质弹簧一端系在墙上的O点,自由伸长到B点今用一小物体m把弹簧压缩到A点,然后释放,小物体能运动到C点静止,物体与水平地面间的动摩擦因数恒定,试判断下列说法正确的是 ( )A.物体从A到B速度越来越大,从B到C速度越来越小B.
11、物体从A到B速度越来越小,从B到C加速度不变C.物体从A到B先加速后减速,从B一直减速运动D.物体在B点受到的合外力为零参考答案:C练习2:如图所示,一轻质弹簧一端与墙相连,另一端与一物体接触,当弹簧在O点位置时弹簧没有形变,现用力将物体压缩至A点,然后放手。物体向右运动至C点而静止,AC距离为L。第二次将物体与弹簧相连,仍将它压缩至A点,则第二次物体在停止运动前经过的总路程s可能为:A.s=L B.sL C.sL D.条件不足,无法判断参考答案:AC(建议从能量的角度、物块运动的情况考虑)练习3: 如图,一倾角为的斜面固定在水平地面上,一质量为有小球与弹簧测力计相连在一木板的端点处,且将整个
12、装置置于斜面上,设木板与斜面的动摩擦因数为,现将木板以一定的初速度释放,小球与木板之间的摩擦不计,则( )A如果,则测力计示数也为零B如果,则测力计示数大于C如果,则测力计示数等于D无论取何值,测力计示数都不能确定【解析】本例是将弹簧模型迁移到斜面上,而且设置了木板与斜面之间的动摩擦因数不同来判断测力计的示数的变化。依题意可知,当时,测力计示数为零;当时,球与木板的加速度为,隔离分析小球就可知道B答案正确;同理可分析C答案正确,从而选择A、B、C答案。【点评】本例是动力学在弹簧模型中的应用,求解的关键是分析整体的加速度,然后分析小球的受力来确定测力计示数的大小。 练习4:如图所示,劲度数为的轻
13、弹簧的一端固定在墙上,另一端与置于水平面上质量为的物体接触(未连接),弹簧水平且无形变。用水平力F缓慢推动物体,在弹性限度内弹簧长度被压缩了,此时物体静止。撤去F后,物体开始向左运动,运动的最大距离为4。物体与水平面间的动摩擦因数为,重力加速度为。则A撤去F后,物体先做匀加速运动,再做匀减速运动B撤去F后,物体刚运动时的加速度大小为 C物体做匀减速运动的时间为D物体开始抽左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为 答案【BD】思维发散:若F为恒力,从弹簧原长处压缩弹簧,分析以后的运动情况。并和例5相对比。八、弹簧弹力瞬时问题(弹簧的弹力不能突变)弹簧(尤其是软质弹簧)弹力与弹簧的形变量有关,由
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高级中学 物理 二轮 收集 弹簧 模型 解析
限制150内