Question

【题目】让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻质弹簧上（如图甲，不考虑空气阻力），在刚接触轻质弹簧的瞬间（如图乙），小球速度为5.0m/s。从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（如图丙）的整个过程中，得到小球的速度v和弹簧缩短的长度△x之间的关系如图丁所示，其中A为曲线的最高点，已知该轻质弹簧每受到0.1N的压力就缩短0.5cm，并且轻质弹簧在全过程中始终发生弹性形变。

（1）从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球速度的变化情况是______

（2）当小球的速度为5.0m/s时，弹簧产生的弹力F与小球的重力G的关系为：F______G（选填“大于”、“ 小于” 或“等于”）。当弹簧的压缩量最大时，小球处于______（选填“平衡”或“ 非平衡”）态。

（3）实验中所用小球的质量为______kg，全过程中，弹簧中弹力的最大值为______N。

Answer 1

【答案】先变大后变小 大于 非平衡 0.2 12.2

【解析】

（1）由图丁知，从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球下落速度的变化情况是先变大后变小；
（2）由丁图可以看出，小球接触弹簧时的速度为5m/s，当小球达到最大速度时的速度值为5.1m/s，此时，小球重力等于弹力，随后小球开始减速运动，说明小球重力小于弹力，故当小球的速度为 4.0m/s 时，弹簧产生的弹力 F 与小球的重力 G 的关系为：F大于G，当弹簧的压缩量最大时，小球的速度减小为0m/s，此时，小球受到竖直向上的弹力最大，还受到重力的作用，弹力大于重力，小球处于非平衡状态；
（3）当△x为0.1m时，小球的重力等于弹簧对它的弹力，G=F=0.1N/0.5cm×0.1×100cm=2N，
则小球的质量；

弹簧的最大缩短量为△x最大=0.61m=61cm，
所以F最大=0.1N/0.5cm×61cm=12.2N。