在中學(xué)階段,彈簧類問題多為綜合性問題,彈力的方向與彈簧所處的伸縮狀態(tài)有關(guān),彈力的大小與彈簧形變量的大小有關(guān),彈簧在伸縮過程中涉及如力和加速度、功和能、沖量和動量以及氣缸中的壓強和內(nèi)能等多個物理概念,同時涉及與這些概念相關(guān)的規(guī)律。彈簧在伸縮過程中涉及的物理過程和物理規(guī)律較繁雜,因此與彈簧相連的物體的受力情況和運動情況一般都具有很強的綜合性和隱蔽性,涉及的知識面廣,要求的能力較高,是高考的難點之一。
一、有關(guān)彈簧本身的特性和規(guī)律
1、在中學(xué)階段,凡涉及的彈簧都不考慮其質(zhì)量,稱之為"輕彈簧",是一種常見的理想化物理模型。只需把輕彈簧當(dāng)成提供和儲存彈性勢能的工具。
2、彈簧彈力不能突變,彈力的變化是建立在形變量變化的基礎(chǔ)之上,需要時間的積累。在分析瞬時變化時,可以認(rèn)為彈力大小不變。
3、胡克定律:F=kX 其中F為彈力,K為勁度系數(shù),X為形變量。
4、功能關(guān)系:W=-△EP 其中W為彈簧彈力做功,△EP為彈性勢能變化。
二、解題時應(yīng)注意的幾個問題
1、彈簧的彈力是一種由形變而決定大小和方向的力。當(dāng)題目中出現(xiàn)彈簧時,要注意彈力的大小與方向時刻要與當(dāng)時的形變相對應(yīng)。在題目中一般應(yīng)從彈簧的形變分析入手,先確定彈簧原長位置,現(xiàn)長位置,找出形變量x與物體空間位置變化的幾何關(guān)系,分析形變所對應(yīng)的彈力大小、方向,以此來分析計算物體運動狀態(tài)的可能變化。
2、因彈簧(尤其是軟質(zhì)彈簧)其形變發(fā)生改變過程需要一段時間,在瞬間內(nèi)形變量可以認(rèn)為不變.因此,在分析瞬時變化時,可以認(rèn)為彈力大小不變,即彈簧的彈力不突變。
3、在求彈簧的彈力做功時,因該變力為線性變化,可以先求平均力,再用功的定義進(jìn)行計算,也可據(jù)動能定理和功能關(guān)系:能量轉(zhuǎn)化和守恒定律求解。
4、要注意彈力做功的特點:(Wk=ΔEp),彈力的功等于彈性勢能增量的負(fù)值。彈性勢能的公式Ep= kx2(注意:x指的是彈簧向?qū)τ谠L的形變量),高考不作定量要求,可作定性討論。因此,在求彈力的功或彈性勢能的改變時,一般以能量的轉(zhuǎn)化與守恒的角度來求解。
宋金鳳 湖北省巴東縣第一高級中學(xué)
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