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(shí)間,在瞬間內(nèi)形變量可以認(rèn)為不變。因此,在分析瞬時(shí)變化時(shí),可以認(rèn)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(shí),要注意彈力的大小與方向時(shí)刻要與當(dāng)時(shí)的形變相對(duì)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(zhǎng)位置,現(xiàn)長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的彈力大小、方向,以此來分析計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)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(diǎn),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(xì)線共同拉住一質(zhì)量為m的物體,平衡時(shí)細(xì)線水平,彈簧與豎直夾角為θ ,若突然剪斷細(xì)線,剛剛剪斷細(xì)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(jí)要求。
錯(cuò)解分析:對(duì)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(rèn)為“彈簧彈力在細(xì)線剪斷的瞬間發(fā)生突變”從而導(dǎo)致錯(cuò)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(xì)線的彈力T′ = mgtanθ
細(xì)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(gè)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(yùn)動(dòng)(g = 10m/s2)。
(1)使木塊A豎直做勻加速運(yùn)動(dòng)的過程中,力F的最大值;
(2)若木塊由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng),直到A 、B分離的過程中,彈簧的彈性勢(shì)能減少了0.248J ,求這一過程F對(duì)木塊做的功。
命題意圖:考查對(duì)物理過程、狀態(tài)的綜合分析能力。B級(jí)要求。
錯(cuò)解分析:此題難點(diǎn)和失分點(diǎn)在于能否通過對(duì)此物理過程的分析后,確定兩物體分離的臨界點(diǎn),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(shí) ,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(shí)),設(shè)A 、B疊放在彈簧上處于平衡時(shí)彈簧的壓縮量為x ,有:
kx =(mA + mB)g
x =(mA + mB)g/k ①
對(duì)A施加F力,分析A、B受力如圖9-7
對(duì)A F + N-mAg = mAa ②
對(duì)B kx′-N-mBg = mBa′ ③
可知,當(dāng)N≠0時(shí),AB有共同加速度a = a′,由②式知欲使A勻加速運(yùn)動(dòng),隨N減小F增大。當(dāng)N = 0時(shí),F(xiàn)取得了最大值Fm ,
即Fm = mA(g + a)= 4.41N
又當(dāng)N = 0時(shí),A、B開始分離,由③式知,
此時(shí),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(shì)能減少了WP = EP = 0.248J
設(shè)F力功WF ,對(duì)這一過程應(yīng)用動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng),但不粘連。它們到達(dá)最低點(diǎn)后又向上運(yùn)動(dòng)。已知物塊質(zhì)量為m時(shí),它們恰能回到O點(diǎn)。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(diǎn)時(shí),還具有向上的速度.求物塊向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)的最高點(diǎn)與O點(diǎn)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(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提,直到下面那個(gè)彈簧的下端剛脫離桌面。在此過程中,物塊2的重力勢(shì)能增加了______,物塊1的重力勢(shì)能增加了________。
1.(★★★★)(1999年全國(guó))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(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。現(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(dòng)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(dòng)點(diǎn)P、Q分別從A、B兩點(diǎn)同時(shí)出發(fā),沿AB、BC方向勻速移動(dòng),它們的速度都是1 cm/秒. 當(dāng)點(diǎn)P到達(dá)點(diǎn)B時(shí),P、Q兩點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng),設(shè)點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t(秒).
(1)當(dāng)t為何值時(shí),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(zhǎng)為半徑畫圓,若⊙P與⊙Q相切,求t的值;
(4)在P、Q運(yùn)動(dòng)中,與能否相似?若能,請(qǐng)求出AP的長(zhǎng);若不能,請(qǐng)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(diǎn)C,與軸交于A、B兩點(diǎn),,
.
(1)求點(diǎn)B的坐標(biāo);
(2)求拋物線的解析式及頂點(diǎn)坐標(biāo);
(3)設(shè)點(diǎn)E在軸上,點(diǎn)F在拋物線上,如果A、C、E、F構(gòu)成平行四邊形,請(qǐng)寫出點(diǎn)E的坐標(biāo)(不必書寫計(jì)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(diǎn)D的直線折疊,使點(diǎn)A落在邊CD上的點(diǎn)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(diǎn)G,連接,如果,試說明四邊形GBCE是等腰梯形.
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