2.因彈簧(尤其是軟質(zhì)彈簧)其形變發(fā)生改變過程需要一段時間,在瞬間內(nèi)形變量可以認為不變。因此,在分析瞬時變化時,可以認為彈力大小不變,即彈簧的彈力不突變。
1.彈簧的彈力是一種由形變而決定大小和方向的力.當(dāng)題目中出現(xiàn)彈簧時,要注意彈力的大小與方向時刻要與當(dāng)時的形變相對應(yīng)。在題目中一般應(yīng)從彈簧的形變分析入手,先確定彈簧原長位置,現(xiàn)長位置,找出形變量x與物體空間位置變化的幾何關(guān)系,分析形變所對應(yīng)的彈力大小、方向,以此來分析計算物體運動狀態(tài)的可能變化。
輕彈簧是一種理想化的物理模型,以輕質(zhì)彈簧為載體,設(shè)置復(fù)雜的物理情景,考查力的概念,物體的平衡,牛頓定律的應(yīng)用及能的轉(zhuǎn)化與守恒,是高考命題的重點,此類命題幾乎每年高考卷面均有所見。應(yīng)引起足夠重視。
[例1](★★★★)如圖9-4 ,輕彈簧和一根細線共同拉住一質(zhì)量為m的物體,平衡時細線水平,彈簧與豎直夾角為θ ,若突然剪斷細線,剛剛剪斷細線的瞬間,物體的加速度多大?
命題意圖:考查理解能力及推理判斷能力。B級要求。
錯解分析:對彈簧模型與繩模型瞬態(tài)變化的特征不能加以區(qū)分,誤認為“彈簧彈力在細線剪斷的瞬間發(fā)生突變”從而導(dǎo)致錯解。
解題方法與技巧:
彈簧剪斷前分析受力如圖9-5 ,由幾何關(guān)系可知:
圖9-5 |
彈簧的彈力T = mg/cosθ
細線的彈力T′ = mgtanθ
細線剪斷后由于彈簧的彈力及重力均不變,故物體的合力水平向右,與T′等大而反向,ΣF = mgtanθ ,故物體的加速度a = gtanθ ,水平向右。
[例2](★★★★★)A、B兩木塊疊放在豎直輕彈簧上,如圖9-6所示,已知木塊A 、B質(zhì)量分別為0.42kg和0.40kg ,彈簧的勁度系數(shù)k = 100N/m ,若在木塊A上作用一個豎直向上的力F ,使A由靜止開始以0.5m/s2的加速度豎直向上做勻加速運動(g = 10m/s2)。
(1)使木塊A豎直做勻加速運動的過程中,力F的最大值;
(2)若木塊由靜止開始做勻加速運動,直到A 、B分離的過程中,彈簧的彈性勢能減少了0.248J ,求這一過程F對木塊做的功。
命題意圖:考查對物理過程、狀態(tài)的綜合分析能力。B級要求。
錯解分析:此題難點和失分點在于能否通過對此物理過程的分析后,確定兩物體分離的臨界點,即當(dāng)彈簧作用下的兩物體加速度、速度相同且相互作用的彈力 N = 0時 ,恰好分離。
解題方法與技巧:
當(dāng)F = 0(即不加豎直向上F力時),設(shè)A 、B疊放在彈簧上處于平衡時彈簧的壓縮量為x ,有:
kx =(mA + mB)g
x =(mA + mB)g/k ①
對A施加F力,分析A、B受力如圖9-7
對A F + N-mAg = mAa ②
對B kx′-N-mBg = mBa′ ③
可知,當(dāng)N≠0時,AB有共同加速度a = a′,由②式知欲使A勻加速運動,隨N減小F增大。當(dāng)N = 0時,F(xiàn)取得了最大值Fm ,
即Fm = mA(g + a)= 4.41N
又當(dāng)N = 0時,A、B開始分離,由③式知,
此時,彈簧壓縮量kx′= mB(a + g)
x′= mB(a + g)/k ④
AB共同速度 v2 = 2a(x-x′) ⑤
由題知,此過程彈性勢能減少了WP = EP = 0.248J
設(shè)F力功WF ,對這一過程應(yīng)用動能定理或功能原理,有:
WF + EP-(mA+mB)g(x-x′)=(mA + mB)v2 ⑥
聯(lián)立①④⑤⑥,且注意到EP = 0.248J
可知,WF = 9.64×10-2J
3.(★★★★★)質(zhì)量為m的鋼板與直立輕彈簧的上端連接,彈簧下端固定在地上。平衡時彈簧的壓縮量為x0 ,如圖9-3所示。一物塊從鋼板正上方距離為3x0的A處自由落下,打在鋼板上并立刻與鋼板一起向下運動,但不粘連。它們到達最低點后又向上運動。已知物塊質(zhì)量為m時,它們恰能回到O點。若物塊質(zhì)量為2m ,仍從A處自由落下,則物塊與鋼板回到O點時,還具有向上的速度.求物塊向上運動到達的最高點與O點的距離。
2.(★★★★)如圖9-2所示,勁度系數(shù)為k1的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m1 、m2的物塊1、2拴接,勁度系數(shù)為k2的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接,下端壓在桌面上(不拴接),整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),F(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提,直到下面那個彈簧的下端剛脫離桌面。在此過程中,物塊2的重力勢能增加了______,物塊1的重力勢能增加了________。
1.(★★★★)(1999年全國)如圖9-1所示,兩木塊的質(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 ,上面木塊壓在上面的彈簧上(但不拴接),整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),F(xiàn)緩慢向上提上面的木塊,直到它剛離開上面彈簧。在這過程中下面木塊移動的距離為
A、 B、 C、 D、
圖9-1 圖9-2
25、(本題滿分14分)
在等腰中,已知cm,cm,動點P、Q分別從A、B兩點同時出發(fā),沿AB、BC方向勻速移動,它們的速度都是1 cm/秒. 當(dāng)點P到達點B時,P、Q兩點停止運動,設(shè)點P的運動時間為t(秒).
(1)當(dāng)t為何值時,PQ⊥AB?
(2)設(shè)四邊形APQC的面積為cm2,寫出關(guān)于t的函數(shù)關(guān)系式及定義域;
(3)分別以P、Q為圓心,PA、BQ長為半徑畫圓,若⊙P與⊙Q相切,求t的值;
(4)在P、Q運動中,與能否相似?若能,請求出AP的長;若不能,請說明理由.
崇明縣2009年初三學(xué)業(yè)考試模擬考
24、(本題滿分12分)
如圖,拋物線與軸交于點C,與軸交于A、B兩點,,
.
(1)求點B的坐標;
(2)求拋物線的解析式及頂點坐標;
(3)設(shè)點E在軸上,點F在拋物線上,如果A、C、E、F構(gòu)成平行四邊形,請寫出點E的坐標(不必書寫計算過程).
23、(本題滿分12分)
如圖,在直角梯形紙片ABCD中,∥,,,將紙片沿過點D的直線折疊,使點A落在邊CD上的點E處,折痕為.連接EF并展開紙片.
(1)求證:四邊形ADEF是正方形;
(2)取線段AF的中點G,連接,如果,試說明四邊形GBCE是等腰梯形.
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