2023年高考物理专题集锦（一）弹簧类问题归类剖析

2023年高考物理专题集锦（一）弹簧类问题归类剖析PAGE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。比方物体速度到达最大;弹簧形变量到达最大；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100N/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2m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动，取g=10m/s2(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】(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别离时，FAB=0，A、B具有相同的加速度a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别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=0.08mA,B的速度。【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θ=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那么以下说法正确的选项是()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】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，项正确。【总结】假设没有摩擦和其他形式的能量耗散，那么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：①因该力为线性变化，可以利用