彈簧的彈力在瞬間可變

1、本資料來源于七彩教育網(wǎng)彈簧的彈力在瞬間可變彈簧的彈力是高中物理教學(xué)的重點、難點，也是高考中?？疾榈囊环N力。彈簧的彈力是由于彈簧發(fā)生形變而作用于使其發(fā)生形變的物體上的力。彈力的大小與其發(fā)生的彈性形變有關(guān)，彈力的變化也就是彈簧的彈性形變的變化。關(guān)于此力，高中學(xué)生都知道這樣一句話：繩的拉力在瞬間可變，而彈簧的彈力在瞬間不可變。有這樣一道題，符合這種說法。A圖1B例1 如圖1-A所示，一質(zhì)量為的物體系于長度分別為、的兩根細(xì)線上，的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為，水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)將線剪斷，求剪斷瞬時物體的加速度。（1）下面是某同學(xué)給該題的一種解法：解：設(shè)線上拉力為，線上拉力為，重力為

2、，物體在三力作用下保持平衡：，。剪斷線的瞬間，突然消失，物體即在反方向獲得加速度。因為，所以加速度，方向在反方向。你認(rèn)為這個結(jié)果正確嗎？請對該解法作出評價并說明理由。（2）若將圖A中的細(xì)線改為長度相同、質(zhì)量不計的輕彈簧，如圖1-B所示，其他條件不變，求解的步驟與（1）完全相同，即，你認(rèn)為這個結(jié)果正確嗎？解析（1）結(jié)果不正確，因為被剪斷的瞬間，上張力的大小發(fā)生了突變，此瞬間，。（2）結(jié)果正確，因為被剪斷的瞬間，彈簧的長度不能發(fā)生突變，的大小和方向都不變。此題中，彈簧兩端都與物體相連，彈簧的彈力在線被剪斷的瞬間沒有發(fā)生變化，是由于彈簧的形變在這一瞬間沒有發(fā)生變化。我們再來看一道題。圖2MN例2：如

3、圖2所示，豎直光滑桿上套有一個小球和兩根彈簧，兩彈簧的一端各與小球相連，另一端分別用銷釘M、N固定于桿上，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)。設(shè)拔去銷釘M瞬間，小球加速度的大小為。若不拔去銷釘M而拔去銷釘N瞬間，小球的加速度可能是（?。?）A、，豎直向上B、，豎直向下C、，豎直向上D、，豎直向下解析判斷拔去銷釘之前，兩彈簧所處的狀態(tài)，是解決該題的關(guān)鍵。由于彈簧所處的狀態(tài)不同，因而拔去N出現(xiàn)了多解的可能性，通過判斷，有幾種情況不可能：（1）M彈簧壓縮，N伸長；（2）M、N均處于原長；（3）M處于伸長狀態(tài)，N處于原長狀態(tài)。（1）、（2）易于判別，對于（3），當(dāng)拔去M時，球的加速度應(yīng)是，不符合題中的的大?。ǎ?，故也

4、不可能?？勺鋈缦路治觯海?）平衡時，M、N均伸長，拔去M后，。拔去N后，則，得，方向向上。（2）平衡時，M伸長，N壓縮，則，拔去M后，消失，則。由上述兩式可推出及的矛盾結(jié)論，故本情況不可能。（3）平衡時，M、N均壓縮，則可得，拔去M后，拔去N后，則，得，方向向下。故本題答案為：B、C此題中，當(dāng)拔去銷釘?shù)乃查g，彈簧僅有一端與物體相連，彈簧的彈力立刻為零，也就是說彈簧在這一瞬間恢復(fù)了形變。此結(jié)論不再符合彈簧的彈力瞬間不變的說法。兩個題我們比較一下，會得出：彈簧兩端與物體相連時，其彈力瞬間不變；彈簧僅有一端與物體相連或兩端都不與物體相連時，其彈力立刻變?yōu)榱?。這是怎么回事呢？高中階段，我們研究的彈簧都

5、是輕彈簧，其質(zhì)量忽略不計。根據(jù)牛頓第一定律，我們知道：質(zhì)量是物體慣性大小的量度，慣性反映了物體運動狀態(tài)改變的難易程度。物體的質(zhì)量大，它的慣性就大，它的運動狀態(tài)就不容易改變，在同樣的外力作用下，它的運動狀態(tài)變化的慢。反之，物體的質(zhì)量小，它的慣性就小，它的運動狀態(tài)就容易改變，在同樣的外力作用下，它的運動狀態(tài)變化的快。由此，我們可以得出：在理想狀態(tài)下，沒有質(zhì)量的物體就沒有慣性，它的運動狀態(tài)非常非常容易改變，容易到改變其運動狀態(tài)不需要外力的作用。同樣可以說，沒有質(zhì)量的物體，其所受的合外力一定總是零。例1中的B圖，當(dāng)把細(xì)線但剪斷，由于與彈簧相連的物體有質(zhì)量，有慣性，它的運動狀態(tài)的改變需要外力的作用，并且只有外力作用了一段時間才能使其位置發(fā)生變化，從而使彈簧的形變發(fā)生變化，使彈簧的彈力發(fā)生變化。而在這一瞬間，物體所受的合外力雖不為零，但由于物體的初始狀態(tài)是靜止，物體具有慣性，所以這一瞬間它的位置不會發(fā)生變化，彈簧的形變也就不會發(fā)生變化，彈簧的彈力不變。例2中，當(dāng)把銷釘拔出后，彈簧的一端沒有與物體相連，彈簧為輕彈簧，沒有質(zhì)量，沒有慣性，其運動狀態(tài)改變不需要外力的作用，其所受的合力為零，所以彈簧在瞬間恢復(fù)形變，彈力為零。綜合以上分析，我們可以得出：彈簧兩端與物體相連時，彈簧雖然沒有質(zhì)量，沒有慣性，但與其相連的物體有質(zhì)量，有慣性，在瞬間變化中，物體不會發(fā)生位置變