徹底弄懂彈簧從壓縮形變到拉伸形變的受力與能量轉化情況

2020-12-14 物理研究苑

關於彈簧的題目是初高中物理學習過程不可忽視的一類難題。但是所謂難者不會,會者不難,今天我們來研究一種題型:彈簧在水平方向上來回運動的情況。

首先要知道:

1、彈簧的彈力方向始終與形變方向相反(前提是彈性形變)。

2、彈簧的彈力大小與其形變量成正比(前提是彈性形變

3、受力方向與運動方向相同時做加速運動,受力方向與運動方向相反時做減速運動。

彈簧在水平方向使用

如上圖所示,在光滑的水平檯面上,一輕彈簧左端固定,右端連接一金屬小球,O點是彈簧保持原長時小球的位置。開始時通過小球壓縮彈簧到A位置(已知AO=OB),釋放小球,研究小球在水平方向上的受力和運動情況。

詳細分析如下:

①對整個小球受力分析

豎直方向

只受到支持力和重力,二者相互平衡且題目只考慮水平方向。

豎直方向受力情況

水平方向

題幹明確指出水平面光滑,故只受到彈簧的彈力。

②各個位置的受力分析(水平方向)

A點:

壓縮形變

如上圖,彈簧處於壓縮形變且壓縮方向水平向左,故小球受到彈簧的彈力方向水平向右。

O點:

小球在彈力作用下運動到O點

在該點彈簧恢復到原長,沒有發生形變,故彈力大小為零。

易錯點:在該點雖然水平方向受力為零,但是無論從A到O還是從B到O,由於慣性,小球不會靜止。

從A到O:

彈力:隨著彈簧形變量變小,彈力逐漸變小;

小球速度:受力方向與運動方向一致,故小球在做加速運動;

能量轉化:彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能。

B點:

小球運動到B點

彈簧處於拉伸形變且拉伸形變方向水平向右,故小球所受彈力方向水平向左。

從O到B點:

彈力:隨著彈簧形變量變大,彈力變大;

小球速度:受力方向與運動方向相反,小球做減速運動;

能量轉化:小球的動能轉化為彈簧的彈性勢能。

本題由於不受摩擦力作用,故沒有能量損失,小球會一直來回運動下去。

彈簧的問題相對是比較複雜的,本節研究的是水平方向的且不考慮摩擦力,相對簡單一點。如果考慮摩擦力的話,那又難度加大了。後面還會遇到彈簧在豎直方向使用的情況。

好了,今天的內容就分享到這裡,謝謝大家觀看。如有不當之處,歡迎指正,再次感謝!

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