弹簧问题专题训练

PAGEPAGE2弹簧问题专题训练类型一静力学问题中的弹簧如图所示,四处完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:①中的弹簧的左端固定在墙上②中的弹簧的左端也受到大小也为F的拉力的作用③中的弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动④中的弹簧的左端拴一个小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动.若认为弹簧的质量为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有：()Deq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,1)FFFFF图一A．L2>L1 B．L4>L3 C．L1>L3 D．L2=L4类型二在弹簧弹力作用下瞬时加速度的求解如图所示,竖直放置在水平面上的轻弹簧上叠放着两物块P、Q,它们的质量均为2kg,均处于静止状态.若突然将一个大小为10N、方向竖直向下的力施加在物块P上,则此瞬间,P对Q压力的大小为（g取10m/s2）：()CA.5NB.15NC.25ND.35N.类型三物体在弹簧弹力作用下的动态分析如图所示，一劲度系数为k=800N/m的轻弹簧两端各焊接着两个质量均为m=12kg的物体A、B。物体A、B和轻弹簧竖立静止在水平地面上，现要加一竖直向上的力F在上面物体A上，使物体A开始向上做匀加速运动，经0.4s物体B刚要离开地面，设整个过程中弹簧都处于弹性限度内，取g=10m/s2，求：（1）此过程中所加外力F的最大值和最小值。（F1＝45N，F2＝285N）（2）此过程中外力F所做的功。（49.5J）类型四物体在弹簧弹力作用下的运动分析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0.42kg和0.40kg，弹簧的劲度系数k=100N/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0.5m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动（g=10m/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，弹簧的弹性势能减少了0.248J，求这一过程F对木块做的功.类型五传感器问题两个质量不计的弹簧将一金属块支在箱子的上顶板与下底板之间,箱子只能沿竖直方向运动,如图所示,两弹簧原长均为0.80m,劲度系数均为60N/m.当箱以a=2.0m/s2的加速度匀减速上升时,上、下弹簧的长度分别为0.70m和0.60m(g=10m/s2).若上顶板压力是下底板压力的四分之一,试判断箱的运动情况。类型六连接体弹簧中的动力学问题如图所示，在倾角为θ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。（）类型七连接体弹簧中弹性势能问题如图，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。现在挂钩上升一质量为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换成另一个质量为的物体D，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。变式：如图所示，光滑水平面上有A、B、C三个物块，其质量分别为mA=2.0kg，mB=1.0kg，mC=1.0kg，现用一轻弹簧将A、B两物块连接，并用力缓慢压缩弹簧使A、B两物块靠近，此过程外力做功108J（弹簧仍处于弹性范围），然后同时释放，弹簧开始逐渐变长，当弹簧刚好恢复原长时，C恰以4m/s的速度迎面与B发生碰撞并瞬时粘连。求：（1）弹簧刚好恢复原长时（B与C碰撞前），A和B物块速度的大小。（2）当弹簧第二次被压缩时，弹簧具有的最大弹性势能。（50J）类型八弹簧综合题中的机械能守恒质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地面，平衡时弹簧的压缩量为x0，一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下，和钢板相碰后共同向下运动，但不粘连，它们到达最低点后又向上运动，若物块质量也为m时，它们恰好不分离。若物块质量为2m，仍从A处自由下落，则物块回到弹簧原长处O点时还有速度，求：物块向上运动到达的最高点与O点（弹簧的原长位置）的距离。（h=x0）类型九用功能关系解决弹簧问题如图所示，长木板ab的b端固定一挡板，挡板上固定一原长为l0的轻弹簧，木板连同挡板的质量为M，a、b间距离为s，木板位于光滑水平面上。在木板a端有一小物块，其质量为m，小物块与木板间的动摩擦因数为μ，它们都处于静止状态。现令小物块以初速v0沿木板向前滑动，直到和弹簧相碰，碰后小物块又返回并恰好回到a端而不脱离木板。求：【分析解答】要确定金属块的动能最大位置和动能为零时的情况，就要分析它的运动全过程。为了弄清运动性质，做好受力分析。可以从图3-19看出运动过程中的情景。从图上可以看到在弹力N＜mg时，a的方向向下，v的方向向下，金属块做加速运动。当弹力N等于重力mg时，a=0加速停止，此时速度最大。所以C选项正确。弹力方向与位移方向始终反向，所以弹力没有做正功，B选项正确。重力方向始终与位移同方向，重力做正功，没有做负功，A选项错。速度为零时，恰是弹簧形变最大时，所以此时弹簧弹性势能最大，故D正确。所以B，C，D为正确选项。例A、B球质量均为m，AB间用轻弹簧连接，将A球用细绳悬挂于O点，如图示，剪断细绳的瞬间，试分析AB球产生的加速度大小与方向.分析：开始A球与B球处于平衡状态，其受力图示见右：剪断绳OA瞬间，A、B球均未发生位移变化，故弹簧产生的弹力kx也不会变化，kx＝mg，所以剪断绳瞬间，B受力没发生变化，其加速度aB＝0；A球受到合外力为kx＋mg，其加速度aA＝＝2g竖直向下.试分析，将上题中绳与弹簧位置互换后悬挂，将绳剪断瞬间，AB球加速度的大小与方向？（aA＝g，竖直向上；aB＝g，竖直向下）例光滑斜面倾角＝30°，斜面上放有质量m＝1kg的物体，物体用劲度系数K＝500N/m的弹簧与斜面连接，如图所示，当斜面以a＝m/s2的加速度匀加速向右运动时，m与斜面相对静止，求弹簧的伸长？分析：对m进行受力分析水平方向：设弹力为FFcos－Nsin＝ma(1)竖直方向：Fsin+Ncos－mg＝0(2)由（1）、（2）式可得F＝＝6.5N所以，弹簧伸长x＝F/K＝＝1.3×10－2米例用木板托住物体m，并使得与m连接的弹簧处于原长，手持木板M向下以加速度a（a<g）做匀加速运动，求物体m与木板一起做匀加速运动的时间.分析：m在与M一起向下做匀加速运动过程中，m受到弹簧的弹力不断增大，板M对m的支持力不断减小，重力保持不变.m与板M分离的条件为板M对m的支持力N恰好为零，且m与M运动的加速度恰还相等（下一时刻将不再相等）.设：m与M分离经历t时间，弹簧伸长为x：mg－kx＝ma∴x＝又因为：x＝at2∴t＝例质量为m的物体A压在放在地面上的竖直轻弹簧B上，现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接，当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时，它没有发生形变，已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2，不计定滑轮、细绳的质量和摩擦，将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时，弹簧B刚好没有形变，求a、b两点间的距离.答案：解析：弹簧C弹力【例3】如图所示，在一粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，中间用一原长为l、劲度系数为k的轻弹簧连结起来，木块与地面间的滑动摩擦因数为。现用一水平力向右拉木块例当两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是（）A.B.C.D.【分析】本题有多种方法，最简单的做法是考虑m1做匀速运动时的受力平衡。设x表示弹簧的伸长量，立刻可得出kx=m1g.所以1、2之间的距离应为l+x=.即选项A正确若不去求解，只由四个选项也可以进行判断。设木块2的质量m2→0，则外力相当于直接加在弹簧右端，要使m1匀速运动，则弹簧必然伸长，因此1、2间的距离应大于l.所以选项C和D都是错误的（m2→0时，距离→l）。再设想m1→0时，则弹簧将保持原长，可见选项B也是错误的。因此已知四个选项中有一个正确的，所以只能是A。如果不知道有没有正确的选项，那只应按正常的办法求解。例

如图（3）所示甲、乙两装置，所用的器材都相同，只是接法不同，其中的绳为不可伸长的轻绳，弹簧不计质量，当用剪子剪断甲图中弹簧，乙图中的绳子的瞬间，A物体是否受力平衡？分析：要注意分析物理图景，有条件的同学可以模仿题中做法自己尝试一下.看是不是这样的情况.甲图，剪断弹簧B球下落，A球仍保持静止；乙图，剪断绳子B球下落，A球会向上运动.显然乙图中的A球受力不平衡.为什么会这样呢？首先我们先画出在剪断之前两图中A的受力分析：

用剪子剪断弹簧是F2突然消失，剪断绳子是FT2突然消失，由剪断前的受力平衡条件可得出F2=FT2之所以出现差别，关键在于绳上的弹力与弹簧上的弹力不同.绳上张力大小，与外界拉它的力的大小有关，在静力问题中，拉绳子的力越大绳子上的弹力也越大；拉绳子的力越小，绳子上的弹力也越小；拉绳子的力为零，绳子上的弹力为零.方向总是指向绳的收缩方向，即绳子上的弹力可以发生突变.弹簧的弹力大小，由胡克定律可知，与它的形变量有关，形变是不能突然回复的，即弹簧上的弹力不能发生突变.所FT1在剪断弹簧后变为FT1’=GA，而乙图中的F1却不能发生突变.练习1.木块A、B分别重20N和30N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.3。开始时连接在A、B之间的轻弹簧已经被拉伸了3cm，弹簧劲度系数为100N/m，系统静止在水平地面上。现用F＝10N的水平推力作用在木块A上，如图所示。力F作用后（）BAFBAFB．木块A所受摩擦力大小是1NC．木块A所受摩擦力大小是1ND．木块A所受摩擦力大小是1N2.如图所示，质量为10kg的物体A拴在一个被水平拉伸的弹簧一端，弹簧的拉力为5N时，物体A处于静止状态，若小车以1m/s2的加速度向右运动后，则（）FA．物体A相对小车仍然静止FB．物体A受到的摩擦力减小C．物体A受到的摩擦力大小不变D．物体A受到的弹簧拉力增大Mmab3.图中a、b为两带正电的小球，带电量都是q，质量分别为M和m；用一绝缘弹簧联结，弹簧的自然长度很小，可忽略不计，达到平衡时，弹簧的长度为d0。现把一匀强电场作用于两小球，场强的方向由a指向b，在两小球的加速度相等的时刻，弹簧的长度为dMmabA．若M=m，则d=d0B．若M＞m，则d＞d0C．若M＜m，则d＜d0D．d=d0，与M、m无关xOFxOFxOFxOFABCDABaABbF4.如图a所示，水平面上质量相等的两木块A、B用一轻弹簧相连接，整个系统处于平衡状态.现用一竖直向上的力F拉动木块A，使木块A向上做匀加速直线运动，如图xOFxOFxOFxOFABCDABaABbF5.如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上有两个用劲度系数为k的轻质弹簧相连的物块A、B，BA质量均为m，开始两物块均处于静止状态。现下压A再静止释放使ABA刚要离开挡板时，A的加速度的大小和方向为()A．0B．2gsinθ，方向沿斜面向下C．2gsinθ，方向沿斜面向上D．gsinθ，方向沿斜面向下6.如图甲所示，一轻弹簧的两端分别与质量为m1和m2的两物块相连接，并且静止在光滑的水平面上.现使m1瞬时获得水平向右的速度3m/s，以此刻为时间零点，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示，从图象信息可得()A．在t1、t3时刻两物块达到共同速度1m/s且弹簧都是处于压缩状态－11023t1t－11023t1t/st2t3t4v/m/sm1m2乙m1m2v甲C．两物体的质量之比为m1∶m2=1∶2D．在t2时刻两物体的动量之比为P1∶P2=1∶2AABC7.一小球自A点由静止自由下落到B点时与弹簧接触．到C点时弹簧被压缩到最短．若不计弹簧质量和空气阻力，在小球由A－B—C的运动过程中（）A．小球和弹簧总机械能守恒B．小球的重力势能随时间均匀减少C．小球在B点时动能最大D．到C点时小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量8．如图所示，绝缘弹簧的下端固定在斜面底端，弹簧与斜面平行，带电小球Q（可视为质点）固定在光滑绝缘斜面上的M点，且在通过弹簧中心的直线ab上。现把与Q大小相同，带电性也相同的小球P，从直线ab上的N点由静止释放，在小球P与弹簧接触到速度变为零的过程中（）abNMPabNMPQB.小球P和弹簧的机械能守恒，且P速度最大时所受弹力与库仑力的合力最大C.小球P的动能、重力势能、电势能与弹簧的弹性势能的总和不变D.小球P合力的冲量为零9.如图所示，质量都是m的物体A、B用轻质弹簧相连，静置于水平地面上，此时弹簧压缩了Δl.如果再给A一个竖直向下的力，使弹簧再压缩Δl，形变始终在弹性限度内，稳定后，AB突然撤去竖直向下的力，在A物体向上运动的过程中，下列说法中：①B物体受到的弹簧的弹力大小等于mg时，A物体的速度最大；②B物体受到的弹簧的弹力大小等于mg时，A物体的加速度最大；③A物体受到的弹簧的弹力大小等于mg时，A物体的速度最大；④A物体受到的弹簧的弹力大小等于mgABA.只有①③正确B.只有①④正确C.只有②③正确D.只有②④正确(b)(a)FAABB10．质量相等的两木块A、B用一轻弹簧栓接，静置于水平地面上，如图(a）所示。现用一竖直向上的力F拉动木块(b)(a)FAABBA．力F一直增大B．弹簧的弹性势能一直减小C．木块A的动能和重力势能之和先增大后减小D．两木块A、B和轻弹簧组成的系统的机械能先增大后减小ABCDK1K211．如图所示，两根轻弹簧AC和BD，它们的劲度系数分别为k1和k2，它们的C、DABCDK1KA． B． C． D．12．如图所示，弹簧下面挂一质量为m的物体，物体在竖直方向上作振幅为A的简谐运动，当物体振动到最高点时，弹簧正好为原长。则物体在振动过程中（）A．物体在最低点时的弹力大小应为2mgB．弹簧的弹性势能和物体动能总和不变C．弹簧的最大弹性势能等于2mgAD．物体的最大动能应等于mgA13．如图所示，木块A、B的质量分别为0.42kg和0.40kg，A、B叠放在竖直轻弹簧上，弹簧的劲度为k=100N/m。今对A施加一个竖直向上的拉力F，使A由静止开始以0.50m/s2的加速度向上做匀加速运动（g=10m/s2）。求：⑴匀加速过程中拉力F的最大值。⑵如果已知从A开始运动到A与B分离过程，弹簧减少的弹性势能为0.248J，那么此过程拉力F对木块做的功是多少？AAB14．如图所示，一轻质弹簧竖直固定在地面上，上面连接一个质量m1=1.0kg的物体A，平衡时物体下表面距地面h1=40cm，弹簧的弹性势能E0=0.50J。在距物体m1正上方高为h=45cm处有一个质量m2=1.0kg的物体B自由下落后，与物体Ａ碰撞并立即以相同的速度运动（两物体粘连在一起），当弹簧压缩量最大时，物体距地面的高度h2=6.55cm。g=10m/s2。h1m1m2hAB（1）已知弹簧的形变（拉伸或者压缩）量为xh1m1m2hAB（2）求两物体做简谐运动的振幅;（3）求两物体运动到最高点时的弹性势能。ABMPQLv015．有一倾角为θ的斜面，其底端固定一挡板M，另有三个木块A、B和C，它们的质量分别为mA=mB=m，mC=3m，它们与斜面间的动摩擦因数都相同.其中木块A放于斜面上并通过一轻弹簧与挡板M相连，如图所示.开始时，木块A静止在P处，弹簧处于自然伸长状态.木块B在Q点以初速度v0向下运动，P、Q间的距离为L.已知木块B在下滑过程中做匀速直线运动，与木块A相撞后立刻一起向下运动，但不粘连.它们到达一个最低点后又向上运动，木块B向上运动恰好能回到Q点.若木块A仍静放于P点，木块CABMPQLv0（1）木块B与A相撞后瞬间的速度v1。（2）弹簧第一次被压缩时获得的最大弹性势能Ep。（3）P、R间的距离L′的大小。答案题号123456789101112答案BACABCABBCADACAACAC13．（1）600m/s；（2）0.30；（3）36J14．（1）设物体A在弹簧上平衡时弹簧的压缩量为x1，弹簧的劲度系数为k根据力的平衡条件有m1g=kx而解得：k=100N/m，x1=0.10m所以，弹簧不受作用力时的自然长度l0=h1+x1=0.50m（2）两物体运动过程中，弹簧弹力等于两物体总重力时具有最大速度，此位置就是两物体粘合后做简谐运动的平衡位置设在平衡位置弹簧