弹簧类问题的几种模型及其处理方法陕西省宝鸡市教育局教研室赵金明学生对弹簧类问题感到头疼的主要原因有以下几个方面：首先，由于弹簧不断发生形变，导致物体的受力随之不断变化，加速度不断变化，从而使物体的运动状态和运动过程较复杂。其次，这些复杂的运动过程中间所包含的隐含条件很难挖掘。还有，学生们很难找到这些复杂的物理过程所对应的物理模型以及处理方法。根据近几年高考的命题特点和知识的考查，笔者就弹簧类问题分为以下几种类型进行分析，供读者参考。一、弹簧类命题突破要点1．弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力。当题目中出现弹簧时，首先要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应，在题目中一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置、现长位置、平衡位置等，找出形变量X与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，结合物体受其他力的情况来分析物体运动状态。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，在分析瞬时变化时，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时，因该变力为线性变化，可以先求平均力，再用功的定义进行计算，也可据动能定理和功能关系：能量转化和守恒定律求解。同时要注意弹力做功的特点：E二［用弹力做功等于弹性势能增量的负值。弹性势能的公式2，高考不作定量要求，可作定性讨论，因此在求弹力的功或弹性势能的改变时，一般以能量的转化与守恒的角度来求解。二、弹簧类问题的几种模型1．平衡类问题例1.如图1所示，劲度系数为匕的轻质弹簧两端分别与质量为m「m2的物块拴接，劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块m2拴接，下端压在桌面上（不拴接），整个系统处于平衡状态。现施力将1^缓慢竖直上提，直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面。在此过程中，m2的重力势能增加了，皿］的重力势能增加了。分析：上提m】之前，两物块处于静止的平衡状态，所以有：吩二吶,(叫“晁二比丹，其中，巧、心分别是弹簧匕、k2的压缩量。当用力缓慢上提m^使k2下端刚脱离桌面时，哄汨二疋內，弹簧k2最终恢复原长，其r中，眄为此时弹簧k1的伸长量。22阳肌=-V一答案：m2上升的高度为勺，增加的重力势能为对，上升的高度为「阻期+衍+心)十蠢豊竺+誓理可+冷十工1，增加的重力势能为12点评：此题是共点力的平衡条件与胡克定律的综合题，题中空间距离的变化，要通过弹簧形变量的计算求出。注意缓慢上提，说明整个系统处于动态平衡过程。例2.如上图2所示，A物体重2N，B物体重4N,中间用弹簧连接，弹力大小为2N，此时吊A物体的绳的拉力为T,B对地的压力为F,则T、F的数值可能是A.7N，0B.4N，2NC.1N，6ND.0，6N分析：对于轻质弹簧来说，既可处于拉伸状态，也可处于压缩状态。所以，此问题要分两种情况进行分析。(1)若弹簧处于压缩状态，则通过对A、B受力分析可得：F=(2)若弹簧处于拉伸状态，则通过对A、B受力分析可得：尸=F=2N答案：B、Do点评：此题主要针对弹簧既可以压缩又可以拉伸的这一特点，考查学生对问题进行全面分析的能力。有时，表面上两种情况都有可能，但必须经过判断，若某一种情况物体受力情况和物体所处状态不符，必须排除。所以，对这类问题必须经过受力分析结合物体运动状态之后作出判断。平衡类问题总结：这类问题一般把受力分析、胡克定律、弹簧形变的特点综合起来，考查学生对弹簧模型基本知识的掌握情况。只要学生静力学基础知识扎实，学习习惯较好，这类问题一般都会迎刃而解，此类问题相对较简单。2.突变类问题例3.如图3所示，一质量为m的小球系于长度分别为1、l的两根细线上，l的一端悬2挂在天花板上，与竖直方向夹角为9，12水平拉直，小球处于平衡状态。现将12线剪断，求剪断瞬时小球的加速度。若将图3中的细线|改为长度相同、质量不计的轻弹簧,2如图4所示,其他条件不变，求剪断细线1瞬时小球的加速度。2分析：(1)当剪断细线12瞬间，不仅12对小球拉力瞬间消失，［的拉力也同时消失,此时，小球只受重力作用，所以此时小球的加速度为重力加速度go(2)当把细线I】改为长度相同、质量不计的轻弹簧时，在当剪断细线12瞬间，只有12对小球拉...
