2023届浙江高三物理高考复习微专题模型精讲精练第36讲 与弹簧相关的机械能守恒问题(解析版)

36讲 与弹簧相关的机械能守恒问题
1.(2022宠物垫·江苏)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与物块A连接在一起,处于压缩状态.A由静止释放后沿斜面向上运动到最大位移时,立即将物块B轻放在A右侧,A、B由静止开始一起沿斜面向下运动,下滑过程中A、B始终不分离,当A回到初始位置时速度为零.A、B与斜面间的动摩擦因数相同、弹簧未超过弹性限度,则(  )
A.当上滑到最大位移的一半时,A的加速度方向沿斜面向下   
B.A上滑时,弹簧的弹力方向不发生变化   
C.下滑时,B对A的压力先减小后增大   
激光内雕机D.整个过程中A、B克服摩擦力所做的总功大于B的重力势能减小量
【解答】解:A、在最大位移处A物体的加速度沿斜面向下,am,放上物体B,两物体和弹簧系统的平衡位置变化,当位移处于原最大位移的一半时,不是系统所有受力均减半,故加速度不一定沿斜面向下,故A错误;
B、A向上滑时,AB被弹起向上加速,合力等于零时,两物块速度达到最大,此时弹簧处于压缩状态。随后弹簧弹力小于重力下滑分力及摩擦力总和,直到速度为零,整个过程弹簧弹力一直沿斜面向上,故B正确;
C、对B物体,其加速度a,向下滑的过程中,加速度先减小后反向增大,那么支持力(或压力)一直增大,不减小,故C错误;
D、从放上B物体,到恰返回原处时速度为零,由能量守恒可知,AB克服摩擦做的功等于B的重力势能的减小量,故D错误。
故选:B。
(多选)2.(2022·辽宁)如图所示,带电荷量为6Q(Q>0)的球1固定在倾角为30°光滑绝缘斜面上的a点,其正上方L处固定一电荷量为﹣Q的球2,斜面上距a点L处的b点有质量为m的带电球3,球3与一端固定的绝缘轻质弹簧相连并在b点处于静止状态。此时弹簧的压缩量为,球2、3间的静电力大小为。迅速移走球1后,球3沿斜面向下运动。g为重力加速度,球的大小可忽略,下列关于球3的说法正确的是(  )
A.带负电   
B.运动至a点的速度大小为   
C.运动至a点的加速度大小为2g   
D.运动至ab中点时对斜面的压力大小为mg
【解答】解:A、由题意可知三小球构成一个等边三角形,小球1和3之间的力大于小球2和3之间的力,弹簧处于压缩状态,故小球1和3一定是斥力,小球1带正电,故小球3带正电,故A错误;
B、小球3运动至a点时,弹簧的伸长量等于,根据对称性可知,小球2对小球3做功为0;弹簧弹力做功为0,根据动能定理得:
解得:,故B正确;
C、小球3在b点时,设小球3的电荷量为q,有
设弹簧的弹力为F,根据受力平衡,沿斜面方向有
解得:
小球运动至a点时,弹簧的伸长量等于,根据对称性可知
解得:a=2g,故C正确;
D、当运动至ab中点时,弹簧弹力为0,此时小球2对小球3的拉力为
斜面对小球的支持力为
根据牛顿第三定律可知,小球对斜面的压力大小为mg,故D正确;
故选:BCD。
.知识回顾
1.弹簧类问题的突破要点
(1)弹簧的弹力大小由形变大小决定,解题时一般应从弹簧的形变分析入手,确定原长位置、现长位置、平衡位置等,再结合其他力的情况分析物体的运动状态。
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(2)因软质弹簧的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,在分析瞬间变化时可以认为弹力大小不变,即弹簧的弹力不突变。
(3)在求弹簧的弹力做功或弹簧的弹性势能时,通常可以根据系统的机械能守恒或功能关系进行分析。
2.弹簧类问题的注意事项
(1)弹簧处于相同状态时弹性势能相等;
(2)在不同的物理过程中,弹簧形变量相等,则弹性势能的变化量相等。
(3)弹簧的弹性势能增加或减少时,弹簧与其它物体发生了能量的转移或转化。
二.例题精析
题型一:弹簧与一物体相连
(多选)例1.如图所示,一轻弹簧固定于O点,另一端系一小球,将小球从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放,让它自由摆下,不计空气阻力。在小球由A点摆向最低点B的过程中,下列说法中正确的是(  )
A.小球的重力势能增加   
B.小球的重力势能减少   
C.弹簧的弹性势能增加   
D.弹簧的弹力做负功,弹性势能减少手机背光
【解答】解:AB、小球由A点摆向最低点的过程中,重力做正功,重力势能减小,故A错误、B正确;一个度导航
CD、向下运动过程中,弹簧被拉伸,弹簧弹力做负功,弹性势能增加,故C正确、D错误。
故选:BC。
题型二:弹簧与多物体相连
(多选)例2.如图所示,带有挡板的光滑斜面固定在水平地面上,斜面的倾角为θ=30°.质量均为l kg的A、B两物体用轻弹簧拴接在一起,弹簧的劲度系数为5N/cm,质量为2kg的物体C用细线通过光滑的轻质定滑轮与物体B连接.开始时A、B均静止在斜面上,A紧靠在挡板处,用手托住C,使细线刚好被拉直.现把手拿开,让C由静止开始运动,从C开始运动到A刚要离开挡板的过程中,下列说法正确的是(取g=10m/s2)(  )
A.初状态弹簧的压缩量为1cm   
B.末状态弹簧的伸长量为1cm压力容器钢板   
C.物体B、C与地球组成的系统机械能守恒   
D.物体C克服绳的拉力所做的功为0.2J【解答】解:A、初状态弹簧的压缩量为 x11cm,故A正确。
B、末状态弹簧的伸长量为 x21cm。故B正确。
C、对于物体B、C与地球组成的系统,由于弹簧对B做负功,所以系统的机械能不守恒。故C错误。
D、初末状态弹簧的弹性势能相等,对于弹簧、物体B、C与地球组成的系统,根据机械能守恒定律得
  mCg(x1+x2)=mBg(x1+x2)sinθ
对C,由动能定理得 mCg(x1+x2)﹣W

本文发布于:2024-09-22 18:22:54,感谢您对本站的认可!

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