例1.如圖所示,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.m1g/k1 B.m2g/k2 C.m1g/k2 D.m2g/k2
【解題思路】題目問的是下面木塊移動(dòng)的距離,所以解題時(shí)抓住下面物塊變化前后彈簧的長度進(jìn)行運(yùn)算即可。
開始時(shí),設(shè)彈簧壓縮的長度x2,則有m1g+m2g=k2x2
得到
當(dāng)上面的木塊剛離開上面彈簧時(shí),設(shè)彈簧壓縮的長度x2′,則有
m2g=k2x2′得到
所以在這過程中下面木塊移動(dòng)的距離為h=x2-x2′= m1g/k2,所以選C
命題要點(diǎn)二:突變問題
在彈簧兩端都保持與其他物體接觸的條件下,彈簧彈力的大小F=kx與形變量x成正比,由于形變量的改變需要一定時(shí)間,因此這種情況下,彈力的大小不會(huì)突然改變。(這一點(diǎn)與繩不同,高中物理研究中,繩的形變很微小可以忽略不計(jì),因此繩兩端所受彈力可以突變。)
例2.如圖所示,質(zhì)量為m的小球用水平彈簧連接,并用傾角為30°的光滑木板AB托住,使小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)AB 突然向下撤離的瞬間,小球的加速度為 ( )
A.0
B.大小為g,方向豎直向下
C.大小為 ,方向垂直于木板向下
D. 大小為 , 方向水平向右
【解題思路】木板撤去前,小球處于平衡態(tài),受重力、支持力和彈簧的拉力,如圖
當(dāng)AB 突然向下撤離的瞬間, FN突然消失,因?yàn)橹亓Υ笮》较蚨疾蛔,彈簧彈力不?huì)發(fā)生突變,所以撤離瞬間小球受到的重力、彈簧的拉力跟撤去前是一樣的,因此此時(shí)所受的合力應(yīng)該與之前的FN等大反向。
命題要點(diǎn)三:臨界問題
兩個(gè)相互接觸的物體被彈簧彈開,這兩個(gè)物體在什么位置恰好分開?這屬于臨界問題!扒『梅珠_”既可以認(rèn)為已經(jīng)分開,也可以認(rèn)為還未分開。認(rèn)為已分開,那么這兩個(gè)物體間的彈力必然為零;認(rèn)為未分開,那么這兩個(gè)物體的速度、加速度必然相等。同時(shí)利用這兩個(gè)結(jié)論,就能分析出當(dāng)時(shí)彈簧所處的狀態(tài) 。
臨界時(shí)特點(diǎn):1.接觸;2.具有共同的加速度;3.相互之間的彈力減小為0
例3. 如圖所示,兩個(gè)木塊A、B疊放在一起,B與輕彈簧相連,彈簧下端固定在水平面上,用豎直向下的力F壓A,使彈簧壓縮量足夠大后,停止壓縮,系統(tǒng)保持靜止。這時(shí),若突然撤去壓力F,A、B將被彈出且分離。下列判斷正確的是( )
A.木塊A、B分離時(shí),彈簧的長度恰等于原長
B.木塊A.B分離時(shí),彈簧處于壓縮狀態(tài),彈力大小等于B的重力
C.木塊A、B分離時(shí),彈簧處于壓縮狀態(tài),彈力大小等于A、B的總重力
D.木塊A、B分離時(shí),彈簧的長度可能大于原長
【解題思路】抓住分離瞬間的特點(diǎn)去分析。A、B分離時(shí),二者之間無擠壓,因此A的加速度為g,對(duì)于B,分離瞬間二者加速度應(yīng)該相等,所以B的加速度也為g,因此此時(shí)B不受彈簧彈力的作用,彈簧處于原長,選A。
結(jié)論:僅靠彈簧彈力將兩物體彈出,那么這兩個(gè)物體必然是在彈簧原長時(shí)分開的。
例4.如圖所示,質(zhì)量均為m的A、B兩物體疊放在豎直彈簧上并保持靜止,用大小等于mg的恒力F向上拉B,運(yùn)動(dòng)距離h時(shí),B與A分離,下列說法正確的是( )
A.B和A剛分離時(shí),彈簧長度等于原長
B.B和A剛分離時(shí),它們的加速度是g
C.彈簧的勁度系數(shù)等于mg/h
D.在B和A分離前,它們做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
【解題思路】AB分離條件:AB間沒有彈力作用,且具有相同的加速度
假設(shè)分離時(shí)還沒有恢復(fù)原長,則
對(duì)A:kx-mg=ma
對(duì)B:F-mg=ma
又因?yàn)镕=mg
聯(lián)立上式有:kx=mg,x≠0,所以不是原長時(shí)分離,分離時(shí)a=0,AB錯(cuò);
A、B兩物體疊放在豎直彈簧上并保持靜止時(shí),彈力大小為2mg,分離時(shí)為mg,即彈力變化量為mg,故彈簧的勁度系數(shù)等于mg/h,C對(duì);
在B與A分離之前,F(xiàn)-2mg+F彈=ma,彈力逐漸減小,加速度逐漸增大,它們作加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng),D錯(cuò)。
結(jié)論:除了彈簧彈力,還有其它外力作用而使相互接觸的兩物體分離。那么兩個(gè)物體分離時(shí)彈簧必然不一定是原長。