秋高三物理二轮复习难点精析弹簧问题分析思维起点

2017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点2017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点2017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点2017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点物理弹簧问题剖析的思想起点弹簧问题的表现形式是多种多样的，可是只重要紧环绕弹簧与其余物理模型不一样的特征、牢牢抓住弹簧与其构成的系统相连结的物理量，详细问题详细剖析，就必定能找到解决弹簧问题的打破口。经过对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的剖析，有益于考生运用物理观点和规律奇妙解决物理问题、拓展思想空间。因为弹簧与其相连结的物体构成的系统的运动状态拥有很强的综合性和隐蔽性；由于弹簧与其相连结的物体互相作用时波及到的物理观点和物理规律许多，因此多年来，弹簧试题深受高考命题专家和物理教师的喜爱，在物理高考取弹簧问题屡次出现已见怪不怪了。弹簧问题不单能考察学生剖析物理过程，理清物理思路，成立物理图景的能力，并且对考察学生知识综合能力和知识迁徙能力，培育学生物理思想质量和发掘学生学习潜能也拥有踊跃意义。所以，弹簧问题也就成为高考命题专家每年命题的要点、难点和热门。与弹簧相连结的物理问题表现的形式诚然好多，但老是有规律可循，有方法可依，存在鉴于弹簧特征剖析问题的思想起点。一、以弹簧按照的胡克定律为剖析问题的思想起点弹簧和物体互相作用时，以致弹簧伸长或缩短时产生的弹力的大小按照胡克定律，即F=kx或F=kx。明显，弹簧的长度发生变化的时候，胡克定律第一成了弹簧问题剖析的思想起点。例1劲度系数为A的弹簧悬挂在天花板的O点，下端挂一质量为m的物体，用托盘托着，使弹簧位于原长地点，而后使其以加快度a由静止开始匀加快降落，求物体匀加快降落的时间。分析物体降落的位移就是弹簧的形变长度，弹力愈来愈大，因此托盘施加的向上的压力愈来愈小，且匀加快运动到压力为零。由匀变速直线运动公式及牛顿定律得G-kx-N=ma①N=0②解以上三式得：1/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点明显，可否剖析出弹力依照胡克定律跟着物体的降落变得愈来愈大，同时托盘的压力愈来愈小直至为零成认识题的要点。二、以弹簧的伸缩性质为剖析问题的思想起点弹簧能承受拉伸的力，也能承受压缩的力。在剖析相关弹簧问题时，剖析弹簧承受的是拉力仍是压力成了弹簧问题剖析的思想起点。例2如图1所示，小圆环重G。固定的大环半径为R，轻弹簧原长为L(L＜2R)，其劲度系数为k，接触圆滑，求小环静止时，弹簧与竖直方向的夹角图1分析以小圆环为研究对象，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，小球遇到斜向下的弹力，则N的方向不论是指向大环的圆心仍是背向大环的圆心，小环都不可以均衡。所以，弹簧对小环的弹力F必定斜向上，大环施加的弹力N一定背向圆心，受力状况如图2所示。依据几何知识，“同弧所对的圆心角是圆周角的二倍”，即弹簧拉力F的作用线在重力mg和大环弹力N的角分线上。所以N=mg①F=2mgcosα②2/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点图2此外，依据胡可定律：F=k(2Rcosα-L)③解以上式得：，即。只有正确剖析出弹簧处于伸长状态，因此判断出弹力的方向成认识决问题的思维起点。三、以弹簧隐蔽的隐含条件为剖析问题的思想起点好多由弹簧设计的物理问题，在其运动的过程中隐含着已知条件，只有充分利用这一隐含的条件才能有效的解决问题。所以发掘弹簧问题中的隐含条件成了弹簧问题剖析的思想起点。例3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。现给物块一直下的压力F，当物块静止时，撤去外力。在运动过程中，物块正好不走开盘，求：图3给物块所受的向下的压力F。在运动过程中盘对物块的最大作使劲。分析(1)因为物块正好不走开盘，可知物块振动到最高点时，弹簧正利处在原长地点，所以有：a=g①由对称性，物块在最低点时的加快度也为a，因为盘的质量不计，由牛顿第二定律得：kx-mg=ma②3/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点物块被压到最低点静止时有：F+mg=kx③由以上三式得：F=mg在最低点时盘对物块的支持力最大，此时有：。明显，发掘出“物块正好不走开盘”隐含的物理意义成了可否有效快速解决问题的要点所在。四、以弹簧独有的惰性特征为剖析问题的思想起点因为弹簧的特别构造，弹簧的弹力是渐变的，而不是突变的，弹力的变化需要必定的“时间”。有时充分利用弹簧的这一“惰性”是解决问题的先决条件。所以剖析弹簧问题时利用弹簧的惰性自然成了剖析弹簧问题的思想起点。例4质量为m的小球，在不行伸长的绳AC和轻质弹簧BC作用下静止，如图4所示。且AC=BC，∠BAC=θ，求忽然在球邻近剪断弹簧或绳索时，小球的加快度分别是多少？图4分析刚剪断弹簧的瞬时，小球受重力mg和绳的拉力T，其速度为零，故小球沿绳的方向加快度为零，仅有切向加快度且为a=gcosθ，绳的拉力由原来的突变成mgcosθ；而剪断绳的瞬时，因为弹簧的拉力不行突变，仍保持本来的大小和方向，故小球遇到的协力与本来绳索的拉力大小相等，方向相反，加快度为，方向沿AC向下。五、以弹簧振子的对称性质为剖析问题的思想起点好多弹簧在运动时做简谐运动，而简谐运动是有对称性的。弹簧振动的4/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点对称性也能够做为解决弹簧问题的思想起点。例5如图5所示，一质量为M的塑料球形容器，在A处与水平面接触。它的内部有向来立的轻弹簧，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，当加一直上的匀强电场后，弹簧正幸亏原长时，小球恰巧有最大速度。在振动过程中球形容器对桌面的小压力为0，求小球振动的最大加快度和容器对桌面的最大压力。图5分析因为弹簧正幸亏原长时小球恰巧速度最大，所以有：qE=mg①小球在最高点时容器对桌面的压力最小，有：kx=Mg②此时小球受力如图6所示，所受协力为F=mg+kx-qE③图6由以上三式得小球的加快度。明显，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同样的加快度，所以kx-mg+qE=ma。5/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点解以上式子得：kx=Mg所以容器对桌面的压力。对称性是解决物理问题的有效资源，要充分利用。弹簧做简谐运动的时候拥有对称性，而这种对称性常常成为解题的有效手段。六、以弹簧的弹力做功为剖析问题的思想起点弹簧发生变形时，拥有必定的弹性势能。经过弹簧弹力做功，弹性势能要发生变化，它们的关系为，它成认识决相关弹簧问题的思想起点。例6如图7所示，密闭绝热容器内有一绝热的拥有必定质量的活塞，活塞的上部关闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽视不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳忽然断开，弹簧推进活塞向上运动，经过多次来去运动后活塞静止，气体过到均衡态，经过此过程图7所有变换为气体的内能一部分变换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能所有变换成活塞的重力势能随和体的内能一部分变换成活塞的重力势能，一部分变换成气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能分析断开绳索，在弹力作用下活塞上下运动，最后静止后的地点高于6/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点初始地点。经过弹簧弹力做功，弹性势能的能量转变有三种形式：活塞的重力势能、气体的内能及弹簧的弹性势能，故D项正确。弹力做功和弹性势能的变化的关系是解决弹簧问题的重要线索，要惹起重视。追查弹性势能的去向常常是解决弹簧问题的思想的起点。七、以弹簧储存的弹性势能为剖析问题的思想起点弹簧储存或开释的弹性势能要转变成其余形式的能，反过来其余形式的能也可转变成弹性势能。追查弹性势能开释和储存过程成认识决弹簧问题的思想起点。例7在原子核物理中，研究核子与核子关系的最有效门路是“双电荷互换反应”，这种反响的前半部分过程和下述力学模型近似：两个小球A和B用轻质弹簧相连，在圆滑的水平直轨道上处于静止状态。在它们左侧有一垂直于轨道的固定挡板户，右侧有一小球C沿轨道以速度射向B球，如图8所示，C与B发生碰撞并立刻结成一个整体D。在它们持续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度忽然被锁定，不再改变。而后，A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D静止不动，A与P接触而不粘连。过一段时间，忽然排除锁定（锁定及排除锁定均无机械能损失），已知A、B、C三球的质量均为m。求弹簧长度刚被锁定后A球的速度。求在A球走开挡板P以后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。图8分析试题不过给出初始状态的表示图。尔后的运动过程可分为五个阶段，分别如图9中(a)至(e)所示。7/92017年秋高三物理二轮复习难点精析：弹簧问题剖析的思想起点图9图(a)表示C、B发生碰撞结成D的瞬时；图(b)表示D、A向左运动，弹簧长度变成最短且被锁定；图(c)表示A球和挡板P碰撞后，A、D都不动；图(d)表示排除锁定后，弹簧恢还原长瞬时；图(e)表示