《弹簧问题能量》PPT课件.ppt
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1、专题复习弹簧类问题,复习精要弹簧问题的处理办法例1、2001年上海 例2、2005年全国理综III卷例3、例4例5、2005年全国卷/24例6、2004年广西卷17例7、07年1月苏州市教学调研测试17例8、06年广东汕头市二模17例9、例10 例11、03年江苏20 练习1 练习2练习3 练习4练习5、05年广东卷6 练习6 练习7练习8 练习9 练习10练习11、05年江苏高考16 练习12,专题复习弹簧类问题,复习精要,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
2、有所见,,在高考复习中应引起足够重视.,(一)弹簧类问题的分类,1、弹簧的瞬时问题 弹簧的两端都有其他物体或力的约束时,使其发生形变时,弹力不能由某一值突变为零或由零突变为某一值.,2、弹簧的平衡问题 这类题常以单一的问题出现,涉及到的知识是胡克定律,一般用 f=kx 或 f=kx 来求解。,3、弹簧的非平衡问题 这类题主要指弹簧在相对位置发生变化时,所引起的力、加速度、速度、功能和合外力等其它物理量发生变化的情况。,4、弹力做功与动量、能量的综合问题 在弹力做功的过程中弹力是个变力,并与动量、能量联系,一般以综合题出现。有机地将动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化结合在一起。分析解决这类
3、问题时,要细致分析弹簧的动态过程,利用动能定理和功能关系等知识解题。,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,即弹簧的弹力不能突变.,(二)弹簧问题的处理办法,3.在求弹簧的弹力做功时,因该变力为线性变化,可以
4、先求平均力,再用功的定义进行计算,也可根据动能定理和功能关系及能量转化和守恒定律求解.同时要注意弹力做功的特点:Wk=-(1/2 kx22-1/2 kx12),弹力的功等于弹性势能增量的负值.弹性势能的公式Ep=1/2 kx2,高考不作定量要求,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.,如图(A)所示,一质量为m的物体系于长度分别为l1、l2的两根细线上,l1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为,l2水平拉直,物体处于平衡状态.现将l2线剪断,求剪断瞬时物体的加速度.(1)下面是某同学对该题的一种解法:解:设l1线上拉力为T1,l2线上拉力为T
5、2,重力为mg,物体在三力作用下保持平衡:T1cos=mg,T1sin=T2,T2=mgtan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,方向在T2反方向.你认为这个结果正确吗?请对该解法作出评价并说明理由.,例1、2001年上海,结果不正确.因为l2被剪断的瞬间,l1上张力的大小发生了突变,此瞬间 T1=mg cos,(1)答:,a=g sin,(2)若将图A中的细线 l1改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图(B)所示,其他条件不变,求解的步骤与(1)完全相同,即a=gtan,你认为这个结果正确吗?请说明理由.,因为l2被剪断的瞬间
6、、弹簧l1的长度不能发生突变、T1的大小和方向都不变.,结果正确。,(2)答:,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,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。,mgsin=kx1,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=mBgsin F-mAgsin-kx2=mAa,例2、2005年
7、全国理综III卷,得,解:,由题意 d=x1+x2,由式可得,例3、,如图示,倾角30的光滑斜面上,并排放着质量分别是mA=10kg和mB=2kg的A、B两物块,一个劲度系数k=400N/m的轻弹簧一端与物块B相连,另一端与固定挡板相连,整个系统处于静止状态,现对A施加一沿斜面向上的力F,使物块A沿斜面向上作匀加速运动,已知力 F在前0.2s内为变力,0.2s后为恒力,g取10m/s2,求F的最大值和最小值。,解:,开始静止时弹簧压缩 x1,x1=(m1+m2)g sin/k=0.15m,0.2s 末A、B即将分离,A、B间无作用力,对B物块:,kx2-m2g sin=m2a,x1-x2=1/
8、2at2,解得 x2=0.05m a=5 m/s2,t=0时,F最小,对AB整体,Fmin=(m1+m2)a=60N,t=0.2s 时,F最大,对A物块:,Fmax-m1g sin=m1a,Fmax=m1g sin+m1a=100N,A、B两木块叠放在竖直轻弹簧上,如图所示,已知木块A、B质量分别为0.42 kg和0.40 kg,弹簧的劲度系数k=100 N/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0.5 m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动(g=10 m/s2).(1)使木块A竖直做匀加速运动的过程中,力F的最大值(2)若木块由静止开始做匀加速运动,直到A、B分离的过程中,弹
9、簧的弹性势能减少了0.248 J,求这一过程F 对木块做的功.,例4、,解:,(1)当F=0(即不加竖直向上F力时),设A、B叠放在弹簧上处于平衡时弹簧的压缩量为x,有,kx=(mA+mB)g,x=(mA+mB)g/k,对A施加F力,分析A、B受力如图,对A F+N-mAg=mAa,对B k x-N-mBg=mBa,可知,当N0时,AB有共同加速度 a=a,,由式知欲使A匀加速运动,随N减小,F 增大.当N=0时,F取得了最大值Fm,即Fm=mA(g+a)=4.41 N,(2)当N=0时,A、B开始分离,由式知此时,弹簧压缩量,kx=mB(a+g),x=mB(a+g)/k,AB共同速度 v2=
10、2a(x-x),由题知,此过程弹性势能减少了 EP=0.248 J设F力功WF,对这一过程应用动能定理或功能原理,WF+EP-(mA+mB)g(x-x)=1/2(mA+mB)v2,联立,得,WF=9.6410-2J,题目,24(19分)如图,质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2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方向。现在挂钩上挂一质量为m3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(m1+m2)的物体D
11、,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.,例5、2005年全国卷/24.,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,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),kx2=m2g,解:,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,由式得,题目,图中,轻弹簧的一端固定,另一端与滑块B相连,B静止在水平导轨上,弹簧处在原长
12、状态。另一质量与B相同的滑块A,从导轨上的P点以某一初速度向B滑行,当A滑过距离l1时,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B紧贴在一起运动,但互不粘连。已知最后A恰好返回出发点P并停止。滑块A和B与导轨的滑动摩擦因数都为,运动过程中弹簧最大形变量为l2,重力加速度为g,求A从P出发时的初速度v0。,例6、2004年广西卷17、,解:,设A、B质量均为m,A刚接触B时速度为v1(碰前),由功能关系,,碰撞过程中动量守恒,令碰后A、B共同运动的速度为v2,m v1=2m v2(2),碰后A、B先一起向左运动,接着A、B一起被弹回,在弹簧恢复到原长时,设A、B的共同速度为v3,在这过程中,弹簧势能始末
13、两态都为零,由功能关系,有,后A、B开始分离,A单独向右滑到P点停下,,由功能关系有,由以上各式,解得,07年1月苏州市教学调研测试17,17如图所示,质量均为m的A、B两球间有压缩的轻短弹簧处于锁定状态,放置在水平面上竖直光滑的发射管内(两球的大小尺寸和弹簧尺寸都可忽略,它们整体视为质点),解除锁定时,A球能上升的最大高度为H现让两球包括锁定的弹簧从水平面出发,沿光滑的半径为R的半圆槽从左侧由静止开始下滑,滑至最低点时,瞬间解除锁定求:(1)两球运动到最低点弹簧锁定解除前所受轨道的弹力;(2)A球离开圆槽后能上升的最大高度,解:,(1)A、B系统由水平位置滑到轨道最低点时速度为v0,根据机械
14、守恒定律,设轨道对小球的弹力为F,根据牛顿第二定律,得F6mg,(2)解除锁定后弹簧将弹性势能全部转化为A、B的 机械能,则弹性势能为,EPmgH,解除锁定后A、B的速度分别为vA、vB,解除锁定过程中动量守恒,2mv0=mvA+mvB,系统机械能守恒,联立上述各式得,正号舍去,设球A上升的高度为h,球A上升过程机械能守恒,整理后得,题目,06年广东汕头市二模17,17(16分)如图示,一轻质弹簧一端固定、另一端与质量为M的小滑块连接,开始时滑块静止在水平导轨的O点,弹簧处于原长状态导轨的OA段是粗糙的,其余部分都是光滑的有一质量为m的子弹以大小为v 的速度水平向右射入滑块,并很快停留在滑块中
15、之后,滑块先向右滑行并越过A点,然后再向左滑行,最后恰好停在出发点O处(1)求滑块滑行过程中弹簧弹性势能的最大值(2)滑块停在O点后,另一质量也为m的子弹以另一速度水平向右射入滑块并很快停留在滑块中,此后滑块滑行过程先后有两次经过O点求第二颗子弹入射前的速度u的大小在什么范围内?,解:,(1)设OA段的长度为l,与滑块间的动摩擦因数为,设第一颗子弹射入滑块后滑块的速度为v1,,由动量守恒定律得,mv=(M+m)v1,滑块向右滑行至最右端时,弹簧弹性势能达到最大,设为EP,由功能关系得,1/2(M+m)v12=(M+m)gl+EP,滑块由最右端向左滑行至O点,由功能关系得,EP=(M+m)gl,
16、(2)设第二颗子弹射入滑块后滑块的速度为v2,由动量守恒定律得 mu=(M+2m)v2,若滑块第一次返回O点时就停下,则滑块的运动情况与前面的情况相同 1/2(M+2m)v22=(M+2m)g 2l,若滑块第一次返回O点后继续向左滑行,再向右滑行,且重复第一次滑行过程,最后停在O点,则,1/2(M+2m)v22=(M+2m)g 4l,第二颗子弹入射前的速度u 的大小在以下范围内,题目,例7、,如图示,在光滑的水平面上,质量为m的小球B连接着轻质弹簧,处于静止状态,质量为2m的小球A以初速度v0向右运动,接着逐渐压缩弹簧并使B运动,过了一段时间A与弹簧分离.(1)当弹簧被压缩到最短时,弹簧的弹性
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