【物理模型】弹簧模型！

海园李

弹簧模型是以轻质弹簧为载体，与具体实际问题相结合，考查运动学、动力学、能量守恒、动量守恒、振动问题、功能关系、物体的平衡等相关问题。有关弹簧的知识，是高考考查的重点，同时也是高考的难点，几乎每年的高考都会考查该内容，所以备考时要引起足够的重视．　　轻弹簧是一种理想化的物理模型，分析问题时不需要考虑弹簧本身的质量和重力．处理弹簧模型时，需要掌握以下知识点：
　　1．弹簧弹力的计算
　　弹簧弹力的大小可以由胡克定律来计算，即弹簧发生形变时，在弹性限度内，弹力的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度成正比，数学表达式为，其中是一个比例系数，叫弹簧的劲度系数．弹簧的弹力不是一个恒定的力，而是一个变力，其大小随着弹簧形变量的变化而变化，同时还与弹簧的劲度系数有关。
　　2．弹簧弹力的特点
　　(1)弹簧弹力的大小与弹簧的形变量有关，当弹簧的劲度系数保持不变时，弹簧的形变量，弹簧的形变量发生变化，弹簧的弹力相应地发生变化；形变量不变，弹力也力也就保持不变，由于弹簧的形变不能发生突变，故弹簧的弹力也不能瞬间发生变化，这与绳子的受力情况不同．
　　(2)当轻弹簧受到外力的作用时，无论弹簧是处于平衡状态还是处于加速运动状态，弹簧各个部分所受的力的大小是相同的．
　　(3)弹簧弹力的方向与弹簧的形变有关，在拉伸和压缩两种情况下，弹力的方向相反．在分析弹簧弹力的方向时，一定要全面考虑，如果题目没有说明是哪种形变，那么就需要考虑两种情况．
　　(4)根据胡克定律可知，弹力的大小与形变量成正比，方向与形变的方向相反，可以将胡克定律的表达式写成F=kx，即弹簧弹力是一个线性回复力，故在弹力的作用下，物体会做简谐运动．
　　3．弹性势能与弹力的功
　　弹簧能够存储弹性势能，其大小为Ep=kx2/2，在高中阶段不需要掌握该公式，但要知道形变量越大，弹性势能就越大，在形变量相同的情况下，弹性势能是相等的；一般情况下，通常利用能量守恒定律来求弹簧的弹性势能，由于弹簧弹力是一个变力，弹力的功就是变力的功，可以用平均力来求功，也可以通过功能关系和能量守恒定律来求解．
　　4．常见的弹簧类问题
　　(l)弹簧的平衡与非平衡问题；
　　(2)弹簧的瞬时性问题；
　　(3)弹簧的碰撞问题；
　　(4)弹簧的简谐运动问题；
　　(5)弹簧的功能关系问题；
　　(6)弹簧的临界问题；
　　(7)弹簧的极值问题；
　　(8)弹簧的动量守恒和能量守恒问题；
　　(9)弹簧的综合性问题．
　　5．处理弹簧模型的策略
　　(l)判断弹簧与连接体的位置，分析物体的受力情况；
　　(2)判断弹簧原长的位置，现长的位置，以确定弹簧是哪种形变以及形变量的大小；
　　(3)分析弹簧弹力的变化情况，弹箦弹力不能发生突变，以此来分析计算物体的运动状态；
　　(4)根据相应的物理规律列方程求解，例如，物体处于平衡时，运用平衡条件和胡克定律求解．
　　模型1 考查弹簧的瞬时性问题
　　弹簧弹力的大小与弹簧形变有关，而弹簧的形变在瞬间是不能突变的，即弹簧形变的改变需要一定的时间，所以弹簧弹力在瞬间不能够突变，这与绳模型是有区别的，不要混淆两者的区别，否则就会出错．
　　模型2 考查弹簧中的碰撞问题
　　弹簧中的碰撞问题是一类综合性很强的题目，一般综合了动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化等．如果弹簧作为系统内的一个物体时，弹簧的弹力对系统内物体做不做功都不影响系统的机械能，能量相互转化．在运动过程中，动能与势能相互转化。当弹簧两端都有物体时，弹簧伸长到最长或压缩到最短时，相关联物体的速度一定相等，弹簧的弹性势能最大；当弹簧恢复原长时，相关联的物体的速度相差最大，弹性势能为零．
　　模型 3考查电场中的弹簧问题
　　电场中的弹簧问题是在弹簧模型中加入了电场，使问题复杂化．这类问题一直是高考考查的重点，考生普遍感到棘手，主要是不会分析弹簧的状态和变化过程，不能准确地分析弹簧弹力和电场力做功的情况．处理这类问题的关键是弄清楚各力的做功关系和功能关系．快速提高物理成绩的奇书——巧学妙解王高中物理，淘宝店铺：http://shop63905063.taobao.com 每天学习2-3页，60天稳提60分，早用早提分，快用快提分！
　　模型4 考查弹簧的综合性问题
　　分析这样的综合性问题，需要根据题述背景，正确分析物理过程，灵活运用相关规律，如运动学规律、动力学规律、动能定理、动量定理、动量守恒定律、能量守恒定律等．一般情况下，运用功能关系可以降低题目的难度．一般解题步骤为：
　　(l)结合题目的已知条件，分析物体的受力情况，明确物体的运动状况；
　　(2)分析物体的运动过程，确定相关力的做功情况，如有哪些力做功，哪些力不做功，哪些力做正功，哪些力做负功等；
　　(3)判断系统中各物体的功能关系，根据相关的物理规律列方程求解；
　　(4)对所得到的结果进行讨论分析.
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