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高中物理弹簧模型PPT:3步搞懂受力与能量,高考必考

2026-03-27 17:38:52辅导探讨0

高中物理弹簧模型pptpPx物理好资源网(原物理ok网)

高考里常出现的物理模型之中,斜面问题很重要,叠加体模型也很重要,含弹簧的连接体同样重要,传送带模型亦是如此,它们在高考里的地位格外重要,和弹簧相关的物理试题在其中占有相当大的比重,高考命题者常常会以弹簧作为载体去设计出各种各样的试题。这类试题涉及静力学问题,涉及动力学问题,涉及动量守恒问题,涉及能量守恒问题,涉及振动问题,涉及功能问题等。几乎贯穿了整个力学的知识体系。pPx物理好资源网(原物理ok网)

就弹簧而言高中物理弹簧模型ppt,从受力那里去看,弹簧之上的弹力属于变力之中的一种,从能量这个角度来说,弹簧是某个储能元件。pPx物理好资源网(原物理ok网)

1.静力学中的弹簧问题pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)胡克定律:F=kx,ΔF=k·Δx.pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)对弹簧秤的两端,施加沿轴线方向的拉力,且这两个拉力大小不同,此时弹簧秤的示数必然等于挂钩上所受到的拉力。pPx物理好资源网(原物理ok网)

例4,如图9-12甲所示,有两木块A、B,其质量分别为m1和m2,存在两轻质弹簧,劲度系数分别为k1和k2,两弹簧分别连接A、B,整个系统处于平衡状态,当下缓慢向上提木块A,直至下面的弹簧对地面的压力恰好为零,在此过程中A和B的重力势能共增加了( )。pPx物理好资源网(原物理ok网)

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将A、B以及夹在它们中间的弹簧视为一个整体且做为研究对象,那么在下方的弹簧对地面的压力变为零的那个时刻,向上提拉A的力F确切地就是:pPx物理好资源网(原物理ok网)

F=(m1+m2)gpPx物理好资源网(原物理ok网)

设定在这一进程之中,上面的弹簧伸长的长度为x1,下面的弹簧伸长的长度为x2,正如图9-12乙所展示的那样,依据胡克定律能够得出:pPx物理好资源网(原物理ok网)

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故A、B增加的重力势能共为:pPx物理好资源网(原物理ok网)

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对于【点评】说来,在计算上边弹簧的伸长量之际,有较多同学会采取这样的方式,那就是首先去计算原来的压缩量,接着再计算后来的伸长量,随后把这两者相加起来,然而这种做法并不像上面解析里直接运用Δx=ΔF/k进行计算那样更为快捷便利,是这样的情况。pPx物理好资源网(原物理ok网)

②通过比较可知,重力势能的增加并不等于向上提的力所做的功pPx物理好资源网(原物理ok网)

2.动力学中的弹簧问题pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)存在这样一个有关于瞬时加速度的问题,它和轻绳、轻杆是不一样的,有一端处于固定状态,另一端却是连接着物体的弹簧,这种情况下,弹簧的形变不会出现突变的状况,而且弹力同样也不会发生突变。pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)参照图9-13呈现的样子,把A、B向下按压之后撤去外部施加的力量,弹簧在恢复到原来长度的时候,B与A开始相互分开。pPx物理好资源网(原物理ok网)

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图9-13pPx物理好资源网(原物理ok网)

例5,有一弹簧秤,其秤盘的质量是m1等于1.5 kg ,在该秤盘内放置着一个质量为m2等于10.5 kg的物体P ,此弹簧的质量不做考虑 ,它的劲度系数k是800N/m ,整个系统处于静止的状态 ,正如图9-14所展示出来的那样。pPx物理好资源网(原物理ok网)

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现给P施加一个力F,这个力F的方向是竖直向上的,施加该力后使得P从静止状态开始向上做匀加速直线运动,已知在最初的0.2 s之内F这个力的大小是变化的,在经过0.2 s之后F这个力是恒定不变的,求F这个力的最大值以及最小值,这里取g等于10m/s2。pPx物理好资源网(原物理ok网)

【解析】初始时刻弹簧的压缩量为:pPx物理好资源网(原物理ok网)

x0=((m1+m2)g/k=0.15 mpPx物理好资源网(原物理ok网)

设秤盘上升高度x时P与秤盘分离,分离时刻有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

又由题意知 ,对于0~0.2s时间内P的运动有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

1/2)at2=xpPx物理好资源网(原物理ok网)

解得:x=0.12 m,a=6 m/s2pPx物理好资源网(原物理ok网)

所以处于平衡位置之时,拉力存在最小值,其值为Fmin等于(m1+m2)a,此值为72 N。pPx物理好资源网(原物理ok网)

分开的时候,拉力抵达了最大值,具体是Fmax等于m2g加上m2a,其等于168N。pPx物理好资源网(原物理ok网)

72 N168 NpPx物理好资源网(原物理ok网)

【点评】针对本例所讲的物理过程,需格外留意的是,分离的那个时刻,m1和m2之间的弹力正好刚减到零,紧接着的下一时刻,由于弹簧的弹力以及秤盘的重力致使秤盘产生的加速度将会小于a,所以秤盘跟重物就分离了。pPx物理好资源网(原物理ok网)

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3.与动量、能量相关的弹簧问题pPx物理好资源网(原物理ok网)

与动量以及能量相关联的弹簧问题,在高考试题里面出现的频次十分高,并且常常是以计算题的形式呈现,在进行解析的进程当中,以下两点结论的运用非常关键且重要:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)弹簧压缩和伸长的形变相同时,弹簧的弹性势能相等;pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)两个物体由弹簧连接着做变速运动,当弹簧处于原长之际,两物体的相对速度是最大的,而当弹簧的形变达到最大的那个时候起步网校,两物体的速度变得相等。pPx物理好资源网(原物理ok网)

请看例6,如图9-15所示的情况,有这样的操作,是用轻弹簧把质量都为m,这里m等于1kg的物块A和物块B连接在一起,再者是完成将它们固定在空中的动作,此时弹簧处于原长状态,并且A距离地面有着高度h1,h1等于0.90 m,然后同时释放两物块,接下来出现A与地面碰撞的情况,碰撞后速度马上变为零,因为B压缩弹簧后出现被反弹的现象,所以使得A刚好能够离开地面,这里是说但不继续上升的状态,要是将B物块换成质量为2m的物块C,这里图中未画出C,依旧是把它与A固定在空中,并且弹簧处于原长,从A距离地面的高度为h2处同时进行释放,之后C压缩弹簧被反弹,然后A也刚好能够离开地面,已知弹簧的劲度系数k等于100N/m,求h2的大小。pPx物理好资源网(原物理ok网)

【解析】设A物块落地时,B物块的速度为v1,则有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

设A刚好离地时,弹簧的形变量为x,对A物块有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

mg=kxpPx物理好资源网(原物理ok网)

从A落到地面之后,一直至A恰好刚开始离开地面经历的这个过程之中,针对于由A、B以及弹簧共同组构而成的系统来讲,其机械能呈现守恒的状态,则会出现以下这种情形:pPx物理好资源网(原物理ok网)

1/2·mv12=mgx+ΔEppPx物理好资源网(原物理ok网)

换成C后,设A落地时,C的速度为v2,则有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

1/2·2mv22=2mgh2pPx物理好资源网(原物理ok网)

自从A落到地面之后,一直到A恰好离开地面的这个过程当中,由A、C以及弹簧共同构成的系统,其机械能是保持守恒状态的;在此情形下,存在这样的情况如下:pPx物理好资源网(原物理ok网)

联立解得:h2=0.5 m.pPx物理好资源网(原物理ok网)

0.5 mpPx物理好资源网(原物理ok网)

【点评】高中物理当中,对弹性势能的表达式是不作要求的,所以呢,在高考里,有数次考查弹簧问题的情况下呢,都会用到上述那个结论“①”。pPx物理好资源网(原物理ok网)

示例7,有质量均为2千克的A、B两物块,它们用轻弹簧相连,都以速度v等于6米每秒的速度,在光滑的水平地面上进行运动,这时候弹簧处于原长状态,还有质量为4千克的物块C静止在前方,从情况方面说来,就如同图9-16甲所表述的那样。B与C发生碰撞之后,二者粘连在一起开始运动,如此一来,在后续的运动过程当中:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)当弹簧的弹性势能最大时,物体A的速度为多大?pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)弹簧弹性势能的最大值是多少?pPx物理好资源网(原物理ok网)

(3)A的速度方向有可能向左吗?为什么?pPx物理好资源网(原物理ok网)

【解析】(1)存在这样一种情况,当A、B、C三者最终达到相同的速度,我们给这个相同的速度设定为vA′,此时弹簧相应的弹性势能处于最大状态,因为A、B、C三者这一整体所构成的系统,其动量是守恒的,所以会出现这样的情况:则有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(mA+mB)v=(mA+mB+mC)vA′pPx物理好资源网(原物理ok网)

解得:.pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)当B、C出现碰撞的情况之时,由B、C所构成的系统动量呈现守恒状态,假设在碰撞发生之后的瞬间B、C二者的速度是v′,便会有:pPx物理好资源网(原物理ok网)

mBv=(mB+mC)v′pPx物理好资源网(原物理ok网)

解得:v′=pPx物理好资源网(原物理ok网)

当A的速度是vA′之际,弹簧的弹性势能达至最大,将其值设定为Ep,按照根据能量守恒定律得出:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(3)方法一 A不可能向左运动.pPx物理好资源网(原物理ok网)

依据系统动量守恒的情况,存在这样的等式:(mA+mB)v ,等于 mAvA加上(mB+mC)vB。pPx物理好资源网(原物理ok网)

设A向左,则vA<0,vB>4 m/spPx物理好资源网(原物理ok网)

则B、C发生碰撞后,A、B、C三者的动能之和为:pPx物理好资源网(原物理ok网)

实际上系统的机械能为:pPx物理好资源网(原物理ok网)

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依照能量守恒定律能够知道,E′>E这种情况是不可能出现的,因而A向左运动这种情况是不可能发生的。pPx物理好资源网(原物理ok网)

方法二,B、C碰撞之后,系统的运动,能够被看成总体朝着右侧做匀速运动,以及A、B和C相互之间做相对振动,加起来的合成,也就是类似于在做匀速运动的车厢里面,两个物块做相对振动。pPx物理好资源网(原物理ok网)

由(1)知整体匀速运动的速度v0=vA′=3 m/spPx物理好资源网(原物理ok网)

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选取那个以v0等于3米每秒做匀速运动的物体当作参考系,由此能够知道,当弹簧处于原长的这种情况下,A、B以及C这三者相对振动的速率是最大的,它们分别是:pPx物理好资源网(原物理ok网)

vAO=v-v0=3m/spPx物理好资源网(原物理ok网)

vBO=|v′-v0|=1 m/spPx物理好资源网(原物理ok网)

由此能够画出A、B、C的速度随着时间变化的图象,该图象如图9-16乙所示,所以A不可能存在向左运动的时刻。pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)3 m/s(2)12 J(3)不可能,理由略pPx物理好资源网(原物理ok网)

【点评】①要能够清晰地进行想象,进而理解研究对象的运动过程,这一过程相当于,在一辆以3 m/s匀速行驶的车厢内,A做相对弹簧上某点的简谐振动,其振动的最大速率为3 m/s,B也做相对弹簧上该点的简谐振动,其振动的最大速率为1 m/s,C同样做相对弹簧上此点的简谐振动,其振动的最大速率为1 m/s。pPx物理好资源网(原物理ok网)

②在弹簧从被压缩状态恢复到原来长度的时候,A最大程度上有向左运动的可能性,然而在这个时刻,A的速度是零。pPx物理好资源网(原物理ok网)

比如在例8当中,当探究某种笔的弹跳相关问题之际,将那支笔划分成了轻质弹簧、内芯以及外壳这三个部分,在这里面呢,内芯的质量是m,而外壳的质量是4m。笔的弹跳过程分成了三个阶段,分别是:pPx物理好资源网(原物理ok网)

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先将笔垂直倒放在水平的硬桌面上,接着向下按压笔的外壳,让笔外壳的下端碰触到桌面,呈现出如图9-17甲所示的状态。pPx物理好资源网(原物理ok网)

首先,是由静止释放这个动作,然后呢,外壳它竖直上升,一直上升到下端距桌面高度为 h1这么个位置,接着,就与处于静止状态的内芯发生碰撞了呢(如图9-17乙所示)。pPx物理好资源网(原物理ok网)

第三,碰撞之后,内芯跟外壳,以共同的速度,一块儿上升,一直到外壳下端距离桌面的最大高度是h2的地方,就像图9-17丙所展示的那样。pPx物理好资源网(原物理ok网)

假设内芯跟外壳之间的撞击力远远大于笔所承受的重力,不计算摩擦以及空气阻力,重力加速度是g,求:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)外壳与内芯碰撞 后瞬间的共同速度大小.pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)从外壳离开桌面到碰撞前瞬间,弹簧做的功.pPx物理好资源网(原物理ok网)

(3)从外壳下端离开桌面到上升至h2处,笔损失的机械能.pPx物理好资源网(原物理ok网)

解析,设定,外壳往上升,抵达h1这个高度的时候,速度大小成为v1,之后,外壳跟内芯相碰撞,在碰撞之后的那一瞬间,共同速度大小变为v2。pPx物理好资源网(原物理ok网)

(1)在外壳以及内芯方面,于撞后达成共同速度之后,直至上升到h2这个位置,依据动能定理能够得出:pPx物理好资源网(原物理ok网)

解得:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(2)外壳与内芯在碰撞过程中动量守恒,即:pPx物理好资源网(原物理ok网)

4mv1=(4m+m)v2pPx物理好资源网(原物理ok网)

将v2代入得:pPx物理好资源网(原物理ok网)

(3)在下述情形中,外壳与内芯在达到共同速度之后,会上升至高度h2,于这个过程里,机械能保持守恒状态,只是在外壳跟内芯所发生的碰撞期间高中物理弹簧模型ppt,存在能量损失,损失的能量是这样的。pPx物理好资源网(原物理ok网)

将v1、v2代入得:E损=5/4mg(h2-h1).pPx物理好资源网(原物理ok网)

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