高考物理彈簧模型總結(jié)

1、-作者xxxx-日期xxxx高考物理彈簧模型總結(jié)【精品文檔】特級教師分析2013年高考物理必考題：含彈簧的物理模型【命題規(guī)律】 高考中常出現(xiàn)的物理模型中，斜面問題、疊加體模型、含彈簧的連接體、傳送帶模型等在高考中的地位特別重要，本專題就這幾類模型進(jìn)行歸納總結(jié)和強(qiáng)化訓(xùn)練；傳送帶問題在高考中出現(xiàn)的概率也較大，而且解題思路獨(dú)特，本專題也略加論述有些問題在高考中變化較大，或者在前面專題中已有較全面的論述，在這里就不再論述和例舉試卷中下列常見的物理模型出現(xiàn)的概率較大：斜面問題、疊加體模型(包含子彈射入)、帶電粒子的加速與偏轉(zhuǎn)、天體問題(圓周運(yùn)動)、輕繩(輕桿)連接體模型、傳送帶問題、含彈簧的連接體模型高

2、考命題以考試大綱為依據(jù)，考查學(xué)生對高中物理知識的掌握情況，體現(xiàn)了“知識與技能、過程與方法并重”的高中物理學(xué)習(xí)思想每年各地的高考題為了避免雷同而千變?nèi)f化、多姿多彩，但又總有一些共性，這些共性可粗略地總結(jié)如下：三、含彈簧的物理模型縱觀歷年的高考試題，和彈簧有關(guān)的物理試題占有相當(dāng)大的比重高考命題者常以彈簧為載體設(shè)計(jì)出各類試題，這類試題涉及靜力學(xué)問題、動力學(xué)問題、動量守恒和能量守恒問題、振動問題、功能問題等，幾乎貫穿了整個力學(xué)的知識體系為了幫助同學(xué)們掌握這類試題的分析方法，現(xiàn)將有關(guān)彈簧問題分類進(jìn)行剖析對于彈簧，從受力角度看，彈簧上的彈力是變力；從能量角度看，彈簧是個儲能元件因此，彈簧問題能很好地考查學(xué)

3、生的綜合分析能力，故備受高考命題老師的青睞“高考直通車”聯(lián)合衡水畢業(yè)清華北大在校生將于2013年5月中旬推出的手寫版高考復(fù)習(xí)筆記，希望對大家復(fù)習(xí)備考有所幫助。該筆記適合2014年、2015年、2016年高考生使用。凡2013年5月中旬之后購買的高一、高二同學(xué)，每年指定日期可以免費(fèi)更換一次最新一年的筆記。另外，所有筆記使用者將被加入2014年高考備考專用平臺，每周定期提供最新資料和高考互動。筆記對外公開時(shí)間：5月20日 1靜力學(xué)中的彈簧問題(1)胡克定律：Fkx，F(xiàn)k·x(2)對彈簧秤的兩端施加(沿軸線方向)大小不同的拉力，彈簧秤的示數(shù)一定等于掛鉤上的拉力例4如圖912甲所示，兩木塊A

4、、B的質(zhì)量分別為m1和m2，兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為k1和k2，兩彈簧分別連接A、B，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)現(xiàn)緩慢向上提木塊A，直到下面的彈簧對地面的壓力恰好為零，在此過程中A和B的重力勢能共增加了()【解析】取A、B以及它們之間的彈簧組成的整體為研究對象，則當(dāng)下面的彈簧對地面的壓力為零時(shí)，向上提A的力F恰好為：F(m1m2)g設(shè)這一過程中上面和下面的彈簧分別伸長x1、x2，如圖912乙所示，由胡克定律得：故A、B增加的重力勢能共為：答案D【點(diǎn)評】計(jì)算上面彈簧的伸長量時(shí)，較多同學(xué)會先計(jì)算原來的壓縮量，然后計(jì)算后來的伸長量，再將兩者相加，但不如上面解析中直接運(yùn)用xF/k進(jìn)行計(jì)算更快捷方便通過比較

5、可知，重力勢能的增加并不等于向上提的力所做的功2動力學(xué)中的彈簧問題(1)瞬時(shí)加速度問題(與輕繩、輕桿不同)：一端固定、 另一端接有物體的彈簧，形變不會發(fā)生突變，彈力也不會發(fā)生突變(2)如圖913所示，將A、B下壓后撤去外力，彈簧在恢復(fù)原長時(shí)刻B與A開始分離圖913例5一彈簧秤秤盤的質(zhì)量m11.5 kg，盤內(nèi)放一質(zhì)量m210.5 kg的物體P，彈簧的質(zhì)量不計(jì)，其勁度系數(shù)k800 N/m，整個系統(tǒng)處于 靜止?fàn)顟B(tài)，如圖914 所示現(xiàn)給P施加一個豎直向上的力F，使P從靜止開始向上做 勻加速直線運(yùn)動，已知在最初0.2 s內(nèi)F是變化的，在0.2 s后是恒定的，求F的最大值和最小值(取g10 m/s2)【解

6、析】初始時(shí)刻彈簧的壓縮量為：x0(m1m2)g/k0.15 m設(shè)秤盤上升高度x時(shí)P與秤盤分離，分離時(shí)刻有：又由題意知 ，對于00.2 s時(shí)間內(nèi)P的運(yùn)動有：1/2)at2x解得：x0.12 m，a6 m/s2故在平衡位置處，拉力有最小值Fmin(m1m2)a72 N分離時(shí)刻拉力達(dá)到最大值Fmaxm2gm2a168 N答案72 N168 N【點(diǎn)評】對于本例所述的物理過程，要特別注意的是：分離時(shí)刻m1與m2之間的彈力恰好減為零，下一時(shí)刻彈簧的彈力與秤盤的重力使秤盤產(chǎn)生的加速度將小于a，故秤盤與重物分離3與動量、能量相關(guān)的彈簧問題與 動量、能量相關(guān)的彈簧問題在高考試題中出現(xiàn)頻繁，而且常以計(jì)算題出現(xiàn)，在

7、解析過程中以下兩點(diǎn)結(jié)論的應(yīng)用非常重要：(1)彈簧壓縮和伸長的形變相同時(shí)，彈簧的彈性勢能相等；(2)彈簧連接兩個物體做變速運(yùn)動時(shí)，彈簧處于原長時(shí)兩物體的相對速度最大，彈簧的形變最大時(shí)兩物體的速度相等例6如圖915所示，用輕彈簧將質(zhì)量均為m1 kg的物塊A和B連接起來，將它們固定在空中，彈簧處于原長狀態(tài)，A距地面的高度h10.90 m同時(shí)釋放兩物塊，A與地面碰撞后速度立即變?yōu)榱?，由于B壓縮彈簧后被反彈，使A剛好能離開地面(但不繼續(xù)上升)若將B物塊換為質(zhì)量為2m的物塊C(圖中未畫出)，仍將它與A固定在空中且彈簧處于原長，從A距地面的高度為h2處同時(shí)釋放，C壓縮彈簧被反彈后，A也剛好能離開地面已知彈簧

8、的勁度系數(shù)k100 N/m，求h2的大小【解析】設(shè)A物塊落地時(shí)，B物塊的速度為v1，則有：設(shè)A剛好離地時(shí)，彈簧的形變量為x，對A物塊有：mgkx從A落地后到A剛好離開地面的過程中，對于A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則有：1/2·mv12mgxEp換成C后，設(shè)A落地時(shí)，C的速度為v2，則有：1/2·2mv222mgh2從A落地后到A剛好離開地面的過程中，A、C及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則有：聯(lián)立解得：h20.5 m答案0.5 m【點(diǎn)評】由于高中物理對彈性勢能的表達(dá)式不作要求，所以在高考中幾次考查彈簧問題時(shí)都要用到上述結(jié)論“” 例7用輕彈簧相連的質(zhì)量均為2 kg的A、B兩

9、物塊都以v6 m/s的速度在光滑的水平地面上運(yùn)動，彈簧處于原長，質(zhì)量為4 kg的物塊C靜止在前方，如圖916 甲所示B與C碰撞后二者粘在一起運(yùn)動，則在以后的運(yùn)動中： (1)當(dāng)彈簧的彈性勢能最大時(shí)，物體A的速度為多大？(2)彈簧彈性勢能的最大值是多少？(3)A的速度方向有可能向左嗎？為什么？【解析】(1)當(dāng)A、B、C三者的速度相等(設(shè)為vA)時(shí)彈簧的彈性勢能最大，由于A、B、C三者組成的系統(tǒng)動量守恒，則有：(mAmB)v(mAmBmC)vA解得：(2)B、C發(fā)生碰撞時(shí)，B、C組成的系統(tǒng)動量守恒，設(shè)碰后瞬間B、C兩者的速度為v，則有：mBv(mBmC)v解得：vA的速度為vA時(shí)彈簧的彈性勢能最大，

10、設(shè)其值為Ep，根據(jù)能量守恒 定律得：(3)方法一A不可能向左運(yùn)動根據(jù)系統(tǒng)動量守恒有：(mAmB)vmAvA(mBmC)vB設(shè)A向左，則vA0，vB4 m/s則B、C發(fā)生碰撞后，A、B、C三者的動能之和為：實(shí)際上系統(tǒng)的機(jī)械能為：根據(jù)能量守恒定律可知，EE是不可能的，所以A不可能向左運(yùn)動方法二B、C碰撞后系統(tǒng)的運(yùn)動可以看做整體向右勻速運(yùn)動與A、B和C相對振動的合成(即相當(dāng)于在勻速運(yùn)動的車廂中兩物塊相對振動)由(1)知整體勻速運(yùn)動的速度v0vA3 m/s取以v03 m/s勻速運(yùn)動的物體為參考系，可知彈簧處于原長時(shí)，A、B和C相對振動的速率最大，分別為：vAOvv03 m/svBO|vv0|1 m/s

11、由此可畫出A、B、C的速度隨時(shí)間變化的圖象如圖916乙所示，故A不可能有向左運(yùn)動的時(shí)刻答案(1)3 m/s(2)12 J(3)不可能，理由略【點(diǎn)評】要清晰地想象、理解研究對象的運(yùn)動過程：相當(dāng)于在以3 m/s勻速行駛的車廂內(nèi)，A、B和C做相對彈簧上某點(diǎn)的簡諧振動，振動的最大速率分別為3 m/s、1 m/s當(dāng)彈簧由壓縮恢復(fù)至原長時(shí)，A最有可能向左運(yùn)動，但此時(shí)A的速度為零例8探究某種筆的彈跳問題時(shí)，把筆分為輕質(zhì)彈簧、內(nèi)芯和外殼三部分，其中內(nèi)芯和外殼質(zhì)量分別為m和4m筆的彈跳過程分為三個階段：把筆豎直倒立于水平硬桌面，下壓外殼使其下端接觸桌面(如圖917甲所示)；由靜止釋放，外殼豎直上升到下端距桌面高

12、度為h1時(shí)，與靜止的內(nèi)芯碰撞(如圖917乙所示)；碰后，內(nèi)芯與外殼以共同的速度一起上升到外殼下端距桌面最大高度為h2處(如圖917丙所示)設(shè)內(nèi)芯與外殼的撞擊力遠(yuǎn)大于筆所受重力，不計(jì)摩擦與空氣阻力，重力加速度為g求：(1)外殼與內(nèi)芯碰撞 后瞬間的共同速度大小(2)從外殼離開桌面到碰撞前瞬間，彈簧做的功(3)從外殼下端離開桌面到上升至h2處，筆損失的機(jī)械能【解析】設(shè)外殼上升到h1時(shí)速度的大小為v1，外殼與內(nèi)芯碰撞后瞬間的共同速度大小為v2(1)對外殼和內(nèi)芯，從撞后達(dá)到共同速度到上升至h2處，由動能定理得：解得：(2)外殼與內(nèi)芯在碰撞過程中動量守恒，即：4mv1(4mm)v2將v2代入得：設(shè)彈簧做的功為W，對外殼應(yīng)用動能定理有：將v1代入得：(3)由于外殼和內(nèi)芯達(dá)到共同速度后上升至高度h2的過程中機(jī)械能守恒，只有在外殼和內(nèi)芯的碰撞中有能量損失，損失的能量將v1、v2代入得：E損5/4mg(h2h1)答案由以上例題可以看出，彈簧類試題