物理建模1輕桿、輕繩、輕彈簧模型

1、物理建模1.輕桿、輕繩、輕彈簧模型模型闡述輕桿、輕繩、輕彈簧都是忽略質(zhì)量的理想模型，與這三個(gè)模型相關(guān)的問題在高中物理中有相當(dāng)重要的地位，且涉及的情景綜合性較強(qiáng)，物理過程復(fù)雜，能很好地考查學(xué)生的綜合分析能力，是高考的?？紗栴}.三種模型輕桿輕繩輕彈簧模型圖示續(xù)表模型特點(diǎn)形變特點(diǎn)只能發(fā)生微小形變?nèi)彳?，只能發(fā)生微小形變，各處張力大小相等既可伸長(zhǎng)，也可壓縮，各處彈力大小相等方向特點(diǎn)不一定沿桿，可以是任意方向只能沿繩，指向繩收縮的方向一定沿彈簧軸線，與形變方向相反作用效果特點(diǎn)可提供拉力、推力只能提供拉力可以提供拉力、推力大小突變特點(diǎn)可以發(fā)生突變可以發(fā)生突變一般不能發(fā)生突變自由桿和固定桿中的彈力方向類型特征

2、受力特征自由桿可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)桿受力一定沿桿方向固定桿不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)不一定沿桿方向，由物體所處狀態(tài)決定【典例1】甲、乙兩圖中的桿都保持靜止，試畫出甲、乙兩圖O點(diǎn)受桿的作用力的方向(O為結(jié)點(diǎn))圖218【典例2】 一輕彈簧兩端分別連接物體a、b，在水平力作用下共同向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，如圖219所示，在水平面上時(shí)，力為F1，彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng)1，在斜面上時(shí)，力為F2，彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng)2，已知a、b兩物體與接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，則輕彈簧的原長(zhǎng)為()圖219A.B.C.D.即學(xué)即練(2013石家莊質(zhì)檢，18)如圖2110所示，一個(gè)“Y”形彈弓頂部跨度為L(zhǎng)，兩根相同的橡皮條自由長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，在兩橡皮條的末端用一塊軟羊皮(長(zhǎng)度

3、不計(jì))做成裹片若橡皮條的彈力與形變量的關(guān)系滿足胡克定律，且勁度系數(shù)為k，發(fā)射彈丸時(shí)每根橡皮條的最大長(zhǎng)度為2L(彈性限度內(nèi))，則發(fā)射過程中裹片對(duì)彈丸的最大作用力為()圖2110AkLB2kLC.kLD.kL附：對(duì)應(yīng)高考題組(PPT課件文本，見教師用書)1(2010新課標(biāo)全國(guó)卷，15)一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l1；改用大小為F2的力拉彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l2.彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()A.B.C.D.2(2011山東卷，19)如圖所示，將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁開始時(shí)a、b均靜

4、止，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，兩細(xì)繩均有拉力，a所受摩擦力Ff a0，b所受摩擦力Ff b0.現(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷，則剪斷瞬間()AFf a大小不變BFf a方向改變CFf b仍然為零DFf b方向向右3(2012山東基本能力，85)力是物體間的相互作用，下列有關(guān)力的圖示及表述正確的是()物理建模1.輕桿、輕繩、輕彈簧模型模型闡述輕桿、輕繩、輕彈簧都是忽略質(zhì)量的理想模型，與這三個(gè)模型相關(guān)的問題在高中物理中有相當(dāng)重要的地位，且涉及的情景綜合性較強(qiáng)，物理過程復(fù)雜，能很好地考查學(xué)生的綜合分析能力，是高考的?？紗栴}.三種模型輕桿輕繩輕彈簧模型圖示續(xù)表模型特點(diǎn)形變特點(diǎn)只能發(fā)生微小形變?nèi)彳?，只能發(fā)生微小形變，各處張力

5、大小相等既可伸長(zhǎng)，也可壓縮，各處彈力大小相等方向特點(diǎn)不一定沿桿，可以是任意方向只能沿繩，指向繩收縮的方向一定沿彈簧軸線，與形變方向相反作用效果特點(diǎn)可提供拉力、推力只能提供拉力可以提供拉力、推力大小突變特點(diǎn)可以發(fā)生突變可以發(fā)生突變一般不能發(fā)生突變自由桿和固定桿中的彈力方向類型特征受力特征自由桿可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)桿受力一定沿桿方向固定桿不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)不一定沿桿方向，由物體所處狀態(tài)決定【典例1】甲、乙兩圖中的桿都保持靜止，試畫出甲、乙兩圖O點(diǎn)受桿的作用力的方向(O為結(jié)點(diǎn))圖218解析甲為自由桿，受力一定沿桿方向，如下圖甲所示的FN1.乙為固定桿，受力由O點(diǎn)所處狀態(tài)決定，此時(shí)受力平衡，由平衡條件知桿的支持力F

6、N2的方向與mg和F1的合力方向相反，如下圖乙所示答案如解析圖所示【典例2】 一輕彈簧兩端分別連接物體a、b，在水平力作用下共同向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，如圖219所示，在水平面上時(shí)，力為F1，彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng)1，在斜面上時(shí)，力為F2，彈簧長(zhǎng)為L(zhǎng)2，已知a、b兩物體與接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，則輕彈簧的原長(zhǎng)為()圖219A.B.C.D.解析設(shè)物體a、b的質(zhì)量分別為m1、m2，與接觸面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，在水平面上時(shí)，以整體為研究對(duì)象有F1(m1m2)g(m1m2)a，隔離a物體有k(L1L0)m1gm1a，聯(lián)立解得k(L1L0)F1，同理可得k(L2L0)F2，聯(lián)立可得輕彈簧的原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，C對(duì)

7、答案C反思總結(jié)如何理解理想化模型“輕彈簧”與“橡皮筋”(1)彈簧與橡皮筋產(chǎn)生的彈力遵循胡克定律Fkx，x是指形變量(2)“輕”即指彈簧(或橡皮筋)的重力不計(jì)，所以同一彈簧的兩端及中間各點(diǎn)的彈力大小相等(3)彈簧既能受拉力，也能受壓力(沿彈簧軸線)，分析彈簧問題時(shí)一定要特別注意這一點(diǎn)，而橡皮筋只能受拉力作用(4)彈簧和橡皮筋中的彈力均不能突變，但當(dāng)將彈簧(或橡皮筋)剪斷時(shí)，其彈力立即消失即學(xué)即練(2013石家莊質(zhì)檢，18)如圖2110所示，一個(gè)“Y”形彈弓頂部跨度為L(zhǎng)，兩根相同的橡皮條自由長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，在兩橡皮條的末端用一塊軟羊皮(長(zhǎng)度不計(jì))做成裹片若橡皮條的彈力與形變量的關(guān)系滿足胡克定律，且勁度

8、系數(shù)為k，發(fā)射彈丸時(shí)每根橡皮條的最大長(zhǎng)度為2L(彈性限度內(nèi))，則發(fā)射過程中裹片對(duì)彈丸的最大作用力為()圖2110AkLB2kLC.kLD.kL解析對(duì)裹片受力分析，由相似三角形可得：得：FkL則裹片對(duì)彈丸的最大作用力為F丸FkL，故選項(xiàng)D正確答案D附：對(duì)應(yīng)高考題組(PPT課件文本，見教師用書)1(2010新課標(biāo)全國(guó)卷，15)一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l1；改用大小為F2的力拉彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l2.彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()A.B.C.D.解析設(shè)彈簧原長(zhǎng)為l，由題意知，F(xiàn)1k(ll1)，F(xiàn)2k(l2l)，兩式聯(lián)立，得k，選項(xiàng)C正

9、確答案C2(2011山東卷，19)如圖所示，將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁開始時(shí)a、b均靜止，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，兩細(xì)繩均有拉力，a所受摩擦力Ff a0，b所受摩擦力Ff b0.現(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷，則剪斷瞬間()AFf a大小不變BFf a方向改變CFf b仍然為零DFf b方向向右解析剪斷右側(cè)繩的瞬間，右側(cè)細(xì)繩上拉力突變?yōu)榱?，而彈簧?duì)兩木塊的拉力沒有發(fā)生突變，與原來一樣，所以b對(duì)地面有向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，受到靜摩擦力Ff b方向向右，C錯(cuò)誤，D正確剪斷右側(cè)繩的瞬間，木塊a受到的各力都沒有發(fā)生變化，A正確，B錯(cuò)誤答案AD3(2012山東基本能力，85)力是物體間的相互作用，下列有關(guān)力的圖示及表述正確的是()解析由于在不同緯度處重力加速度g不同，旅客所受重力不同，故對(duì)飛機(jī)的壓力不同，A錯(cuò)誤充足氣的籃球平衡時(shí)，籃