2.因弹簧(尤其是软质弹簧)其形变发生改变过程需要一段时间,在瞬间内形变量可以认为不变。因此,在分析瞬时变化时,可以认为弹力大小不变,即弹簧的弹力不突变。
1.弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力.当题目中出现弹簧时,要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应。在题目中一般应从弹簧的形变分析入手,先确定弹簧原长位置,现长位置,找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系,分析形变所对应的弹力大小、方向,以此来分析计算物体运动状态的可能变化。
轻弹簧是一种理想化的物理模型,以轻质弹簧为载体,设置复杂的物理情景,考查力的概念,物体的平衡,牛顿定律的应用及能的转化与守恒,是高考命题的重点,此类命题几乎每年高考卷面均有所见。应引起足够重视。
[例1](★★★★)如图9-4 ,轻弹簧和一根细线共同拉住一质量为m的物体,平衡时细线水平,弹簧与竖直夹角为θ ,若突然剪断细线,刚刚剪断细线的瞬间,物体的加速度多大?
命题意图:考查理解能力及推理判断能力。B级要求。
错解分析:对弹簧模型与绳模型瞬态变化的特征不能加以区分,误认为“弹簧弹力在细线剪断的瞬间发生突变”从而导致错解。
解题方法与技巧:
弹簧剪断前分析受力如图9-5 ,由几何关系可知:
图9-5 |
弹簧的弹力T = mg/cosθ
细线的弹力T′ = mgtanθ
细线剪断后由于弹簧的弹力及重力均不变,故物体的合力水平向右,与T′等大而反向,ΣF = mgtanθ ,故物体的加速度a = gtanθ ,水平向右。
[例2](★★★★★)A、B两木块叠放在竖直轻弹簧上,如图9-6所示,已知木块A 、B质量分别为0.42kg和0.40kg ,弹簧的劲度系数k = 100N/m ,若在木块A上作用一个竖直向上的力F ,使A由静止开始以0.5m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动(g = 10m/s2)。
(1)使木块A竖直做匀加速运动的过程中,力F的最大值;
(2)若木块由静止开始做匀加速运动,直到A 、B分离的过程中,弹簧的弹性势能减少了0.248J ,求这一过程F对木块做的功。
命题意图:考查对物理过程、状态的综合分析能力。B级要求。
错解分析:此题难点和失分点在于能否通过对此物理过程的分析后,确定两物体分离的临界点,即当弹簧作用下的两物体加速度、速度相同且相互作用的弹力 N = 0时 ,恰好分离。
解题方法与技巧:
当F = 0(即不加竖直向上F力时),设A 、B叠放在弹簧上处于平衡时弹簧的压缩量为x ,有:
kx =(mA + mB)g
x =(mA + mB)g/k ①
对A施加F力,分析A、B受力如图9-7
对A F + N-mAg = mAa ②
对B kx′-N-mBg = mBa′ ③
可知,当N≠0时,AB有共同加速度a = a′,由②式知欲使A匀加速运动,随N减小F增大。当N = 0时,F取得了最大值Fm ,
即Fm = mA(g + a)= 4.41N
又当N = 0时,A、B开始分离,由③式知,
此时,弹簧压缩量kx′= mB(a + g)
x′= mB(a + g)/k ④
AB共同速度 v2 = 2a(x-x′) ⑤
由题知,此过程弹性势能减少了WP = EP = 0.248J
设F力功WF ,对这一过程应用动能定理或功能原理,有:
WF + EP-(mA+mB)g(x-x′)=(mA + mB)v2 ⑥
联立①④⑤⑥,且注意到EP = 0.248J
可知,WF = 9.64×10-2J
3.(★★★★★)质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上。平衡时弹簧的压缩量为x0 ,如图9-3所示。一物块从钢板正上方距离为3x0的A处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连。它们到达最低点后又向上运动。已知物块质量为m时,它们恰能回到O点。若物块质量为2m ,仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度.求物块向上运动到达的最高点与O点的距离。
2.(★★★★)如图9-2所示,劲度系数为k1的轻质弹簧两端分别与质量为m1 、m2的物块1、2拴接,劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块2拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态。现施力将物块1缓慢地竖直上提,直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面。在此过程中,物块2的重力势能增加了______,物块1的重力势能增加了________。
1.(★★★★)(1999年全国)如图9-1所示,两木块的质量分别为m1和m2 ,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2 ,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面弹簧。在这过程中下面木块移动的距离为
A、 B、 C、 D、
图9-1 图9-2
25、(本题满分14分)
在等腰中,已知cm,cm,动点P、Q分别从A、B两点同时出发,沿AB、BC方向匀速移动,它们的速度都是1 cm/秒. 当点P到达点B时,P、Q两点停止运动,设点P的运动时间为t(秒).
(1)当t为何值时,PQ⊥AB?
(2)设四边形APQC的面积为cm2,写出关于t的函数关系式及定义域;
(3)分别以P、Q为圆心,PA、BQ长为半径画圆,若⊙P与⊙Q相切,求t的值;
(4)在P、Q运动中,与能否相似?若能,请求出AP的长;若不能,请说明理由.
崇明县2009年初三学业考试模拟考
24、(本题满分12分)
如图,抛物线与轴交于点C,与轴交于A、B两点,,
.
(1)求点B的坐标;
(2)求抛物线的解析式及顶点坐标;
(3)设点E在轴上,点F在抛物线上,如果A、C、E、F构成平行四边形,请写出点E的坐标(不必书写计算过程).
23、(本题满分12分)
如图,在直角梯形纸片ABCD中,∥,,,将纸片沿过点D的直线折叠,使点A落在边CD上的点E处,折痕为.连接EF并展开纸片.
(1)求证:四边形ADEF是正方形;
(2)取线段AF的中点G,连接,如果,试说明四边形GBCE是等腰梯形.
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