高考物理 专题集锦(一)弹簧类问题归类剖析

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1、“讲忠诚、严纪律、立政德”三者相互贯通、相互联系。忠诚是共产党人的底色,纪律是不能触碰的底线,政德是必须修炼的素养。永葆底色、不碰底线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 通过弹簧相联系的物体,在运动过程中经常涉及临界极值问题。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

2、分离等。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,已知mA=mB=lkg,轻弹簧的劲度系数为100 N/m。若在木块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/s2的加速度竖直向上做匀加速运动,取g=10m/s2,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分离时二者的速度是多少?【解析】(1)对A受力分析如图2所示,根据牛顿第二定律,得,所以当FBA=0 时,F最大,即 (2) A、B分离时,FAB =0,A、B具有相同的加速度a

3、以B为研究对象受力分析如图3所示,根据牛顿第二定律可得A,B分离时弹簧压缩量初始位置弹簧的压缩量A、B上升的高度Ax=0. 08 mA,B 的速度。【总结】(1)两物体分离条件:弹簧连接体在运动过程中的分离条件是接触不挤压,即分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及弹賛状态(伸长还是压缩),再确定末态位置及弹簧状态,进而找出形变量与物体空间位置变化的几何关系,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、弹簧中的能量问题弹簧

4、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】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F(F=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则下列说法正确的是( )A.A沿斜面上升的初始加速度大小为g B.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

5、.l等于x【解析】A开始处于静止状态,由平衡条件知可得弹簧压缩量 = :,当施加力F瞬间,A所受合外力为F,所以初始加速度,A项正确;接下来由于A的运动,弹簧弹力发生变化,A将做变加速直线运动, ,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,此时弹簧伸长,因此A沿斜面移动距离为2l,B项错误;因为弹簧在初末时刻具有相同弹性势能,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,解得x=l,D项正确。【总结】(1)若没有摩擦和其他形式的能量耗散,则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,涉及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: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。政德才能立得稳、立得牢。要深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想特别是习近平总书记关于“立政德”的重要论述,深刻认识新时代立政德的重要性和紧迫性。

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