高中物理典型力学问题讨论

2016-09-08周泽昆

中国新通信 2016年15期

周泽昆

【摘要】高中物理力学中，弹簧是一个典型的代表，与弹簧有关的问题也是不胜枚举。研究力时首先要明确力的三要素：大小、方向、作用点，研究弹簧类问题时，首先应明确弹簧原长位置、形变位置和平衡位置这三个位置，找出弹力大小与形变量的劲度系数k，在计算做功时，根据关系系数可以求出平均作用力，进而计算出做功大小，本文以例题形式对典型弹簧求解进行讲述。

【关键词】物理力学弹簧形变量能量守恒定律动量守恒定律动态分析

一、弹簧问题的分类

1、弹簧的瞬时问题：弹簧两端均有外力约束时，形变过程是一个渐变的过程，不会有从某一数值与零之间的突变。

2、弹簧的平衡问题：这类问题一般均比较单一，应用胡克定律（f=kx）可解。

3、弹簧的非平衡问题：弹簧相对位置发生变化，其中包含力、速度、加速度、功、能和合外力等量的变化或转换。

4、弹力做功与动量、能量的综合问题：弹力做功过程中是个变量，一般与动量、能量等联系一起，熟练运用动量守恒、能量守恒等公式，合理选择系统，分析系统动态变化。

二、典型例题及思路分析

例题 1：质量为MA和MB两物体A和B以劲度系数KA和KB两弹簧相连，平衡于桌面之上，物体A、B与弹簧相连接，弹簧与桌面之间无连接，现以外力将物体A提起，提至进度系数为KB的弹簧刚好离开桌面，问整个过程中物体A和物体B重力势能的变化？

例题 2：质量为M1和M2的两个物体以劲度系数为K的轻质弹簧相连，质量为M1物体受F外作用平衡与空中，距地面h高，现撤去F外作用，物体落地后不反弹，当质量为M1的物体速度最快时重力势能的变化量？外力F大小？

分析：首先对两个物体的运动状态进行分析，最初为平衡态，撤去外力F后两物体下落，下册物体着地后，弹簧随着上侧物体下落状态由拉伸变为原长，再变为压缩，然后反弹，上部物块状态首先是自由下落，弹簧收缩加上自身重力，为加速度减小的加速运动，弹簧回复原长时，上部物块仅受到自身重力作用，加速度为g，然后压缩弹簧，做加速度减小的加速运动，直至弹簧压缩，弹力与物块自身重力平衡，此时加速度为零，速度达到最大，然后弹簧弹力大于物块自身重力，做加速度增大的减速运动，在然后物块被反弹，对整个过程进行状态分析后，就可以明确，上部物块速度最大时，弹簧处于压缩状态，弹簧弹力与物块自身重力相等，弹簧形变量：（1）拉伸时，H拉伸=M下部g/K；（2）压缩时，H压缩=M上部g/K。系统整体下降高度：H降=h，在由W势=H高度M质量g求得下部物块势能变化量。欲求出外力F大小，采用整体法分析，将两个物块看做同一整体，根据平衡状态物体所受外力为零或所受外力平衡的原则分析，整体只受到自身重力和外力F，由此求得：F外=（M上+M下）g，问题得解。

例题 3：物块S1和物块S2固定于光滑杆件AB和CD之上，MS1=4mg，MS2=8mg。杆件AB与CD之间间距与弹簧自由长度均为d ，现给物体S1一个向右的冲量，规定向右为正方向速度，物体S1向右运动，V-T（速度-时间）曲线，问（1）在S1速度曲线上标出S2的速度曲线；（2）现有一物体，以6m/s的速度匀速自左向右匀速运动，会追上物块S1，与物块S1结合后一起运动，求弹簧弹性势能最大值？