高考物理 专题集锦(一)弹簧类问题归类剖析-人教版高三全册物理试题.pdf

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1、弹簧类问题归类剖析弹簧类问题归类剖析弹簧是高中物理中常见的一种理想化模型，中学物理只研究轻弹簧。轻弹簧作为媒介物，经常与小球或木块组成一个系统，存在着力、运动状态、能量的联系。所以弹賛类问题物理情景复杂，过程较多，综合性很强。由于分析综合、判断能力欠缺，学生对此类问题普遍感到困难，本文将就此类问题作一归类剖析，为考生的复习备考提供帮助。一、与弹簧相关的临界问题一、与弹簧相关的临界问题通过弹簧相联系的物体，在运动过程中经常涉与临界极值问题。比如物体速度达到最大;弹簧形变量达到最大；相互接触的物体恰好要别离等。此类问题的解题关键是挖掘隐含条件，针对不同状态，依据牛顿第二定律列出状态方程，再结合数学

2、知识处理问题。【例 1】A、B 两个木块叠放在竖直轻弹簧上，如图1 所示，mA=mB=lkg,轻弹簧的劲度系数为 100 N/m。假设在木块 A 上作用一个竖直向上的力F，使木块 A 由静止开始以 2 m/s 的加速度竖直向上做匀加速运动，取g=10m/s，求：(1)使木块 A 竖直向上做勻加速运动的过程中，力F 的最大值是多少？(2)A、B 别离时二者的速度是多少？【解析】【解析】(1)对 A 受力分析如图 2 所示，根据牛顿第二定律，得F FBAmAg mAa,所以当 FBA=0 时，F 最大，即Fm mAg mAa 12N(2)A、B 别离时，FAB=0，A、B 具有一样的加速度a以 B

3、 为研究对象受力分析如图3 所示，根据牛顿第二定律可得kxmBg mBaA，B 别离时弹簧压缩量x 初始位置弹簧的压缩量x0mBg mBa 0.12mk22mBg mAg 0.20mkA、B 上升的高度h x0 x 0.08mAx=0.08 mAx=0.08 mA,B 的速度v 2ah 0.4 2m/s。【总结】【总结】(1)两物体别离条件:弹簧连接体在运动过程中的别离条件是接触不挤压,即别离物体之间的弹力为零，也就是FN=0。2弹簧连接体移动距离问题:弹簧连接体相对位置的变化，一般是由于弹簧在不同作用力下的形变引起的，所以解决这类问题应从弹簧的形变分析人手，先确定弹簧初始位置与弹賛状态(伸长

4、还是压缩，再确定末态位置与弹簧状态，进而找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，1/3也就是求解与弹簧连接物体位置变化问题时要“以力索距。二、弹簧中的能量问题二、弹簧中的能量问题弹簧是一个储能元件，且其存储的能量与劲度系数和形变量有关，在一个弹簧与物体构成的力学系统中，通过做功或能量转化的关系，定性分析弹性势能的变化，或与弹簧接触的物体机械能变化，是高考的热点。【例 2 2】如图 4 所示,在倾角=30的光滑斜面上有一垂直于斜面的固定挡板C，两个质量均为m的物块 A 用一劲度系数为 k 的轻弹簧相连，系统处于静止状态，弹簧压缩量为l，如 果 用一 平 行 于 斜 面 向 上 的 恒 力 FF

5、=mg 拉 物 块 A，当 A 向上运动一段距离 x 后撤去 F,A 运动到最高处B刚好不离开挡板 C，重力加速度为 g 如此如下说法正确的答案是()A.A 沿斜面上升的初始加速度大小为gB.A 上升的竖直高度最大为2lC.拉力 F 的功率随时间均匀增加D.l 等于 x【解析】【解析】A开始处于静止状态，由平衡条件知mgsin kl可得弹簧压缩量l 力 F 瞬间，A 所受合外力为F，所以初始加速度a mg=:，当施加2kF g，A 项正确;接下来由于 A 的运动，m弹簧弹力发生变化，A 将做变加速直线运动，PF Fv Fat，显然 PF与时间t不是正比例函数，C 项错误;当B刚好不离幵挡板时m

6、gsin kl1，此时弹簧伸长l1mg l，因此 A 沿斜面2k移动距离为 2l，B 项错误；因为弹簧在初末时刻具有一样弹性势能，所以整个过程弹力做功为零，因此对A 全程利用动能定理，有Fxmg2lsin 0，解得 x=l，D项正确。【总结】(1)假设没有摩擦和其他形式的能量耗散，如此弹簧与其连接体组成的系统机械能守恒，但系统内某一物体机械能不守恒。(2)弹性势能的公式高考中不做定量要求，涉与两个物理过程中的弹簧形变量往往相等，弹性势能的改变在整个过程中可以抵消。(3)弹簧弹力做功等于弹性势能的变化量;弹性势能与弹簧形变量有关，所以弹簧弹力做功为变力功，一般可用以下几种方法求解：2/3因该力为线性变化，可以利用F-x图线包围的面积大小求弹力功；根据能量转化与守恒定律求解弹性势能变化，再利用功能关系求解弹力功；利用动能定理求解弹力功；用微元法计算每一小段位移做功，再累加求和。3/3