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广东教师资格考试物理之弹簧模型

2021-05-28 17:38:26| 来源:广东中公教育

对于教资笔试高中物理部分,弹簧模型时常出现。一旦出现弹簧模型,往往是考生最头疼的地方,弹簧模型中,随着物体的运动,其所受的力的大小,方向、速度、加速度、能量转换都会发生变化。对于这种动态变化的模型,怎样可以快速准确地进行分析呢,今天我们就一起来探讨一下其中典型的物体下落问题。

对于弹簧类的问题我们可以从一下的角度来进行探讨一下。对于弹簧模型来说,其中是有一些特殊的位置需要注意的,这也类似于临界问题。当我们找准这些点之后,弹簧类的问题也就没有那么难了。

针对弹簧中的一些常见的情况,我们可以把它定义为4个点,6个过程的模型。如下图所示。

A点是物体下落的原点,B点是物体与弹簧刚刚接触的点,C点是弹簧对物体的弹力等于物体重力的点,D点是物体到达的最低位置处的点。不计能量损失,这四个点,把物体下落和上升的过程分成了6个部分。接下来,我们就这几个过程从力——加速度——速度——能量的角度分别来看一下。

:此过程中,物体只受到重力的作用,做自由落体运动,故加速度为定值g,速度一直一增加,重力势能减小,动能增加。

:此过程中,物体除了重力还受到弹簧的弹力,但是弹力总是小于重力的,且随着物体下落弹力增加。故这个过程中物体做加速度一直减小的加速运动,速度一直在增加。由于弹簧发生了形变,故物体重力势能减小,动能增加,弹簧弹性势能增加。整个系统能量守恒。

:此过程中,C处弹力等于重力,之后弹力进一步增加,故在C点物体有最大的速度,即最大的动能。之后,物体所受合力向上,故作减速运动,减小幅度越来越快,加速度向上,且加速度逐渐增加。动能减小,重力势能减小,由于弹簧进一步压缩,弹性势能增加。整个系统能量守恒。到达D点之后,物体速度变为0,有向上最大的加速度。物体重力势能最小,此时弹簧弹力达到最大值,弹簧弹性势能最大。整个系统能量守恒。注意:此时物体的加速度大小与物体下落的高度,即AB的距离有关,可能比g大。可能比g小。

之后,物体开始返回,返回的过程中,与下落过程位置相同处受力情况一样,故加速度、能量情况是相同的,但是速度与下落相比反向。

为了便于大家理解,特意将以上内容整理成表格供大家进行比较。

注:以及D处的a与g的比较要根据AB的距离来定,一般不做考察。

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(责任编辑:泽纯)

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