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高中物理教师资格笔试部分,春季模式频繁出现。 弹簧模型一旦出现,往往是考生最头疼的问题。 在弹簧模型中,随着物体的运动,力的大小、方向、速度、加速度以及能量转换都会发生变化。 如何快速准确地分析这个动态变化的模型? 今天我们将讨论典型的物体坠落问题。
我们可以从以下几个角度来讨论问题。 对于弹簧模型来说,有一些特殊的位置需要注意,这也与临界问题类似。 当我们找到这些点的时候,弹簧问题就不再那么困难了。
对于中的一些常见情况,我们可以将其定义为4点6流程模型。 如下所示。
A点为物体下落的原点,B点为物体刚接触弹簧的点,C点为弹簧对物体的弹力等于物体重力的点,D点是物体到达最低位置的点。 不考虑能量损失,这四点将物体的下落和上升过程分为六个部分。 接下来我们从力-加速度-速度-能量的角度来看看这些过程。
:在此过程中,物体仅受重力影响,进行自由落体运动,因此加速度为恒定值g。 随着速度的增加,重力势能减少,动能增加。
:在这个过程中,物体除了重力之外还受到弹簧的弹力,但弹力始终小于重力,并且随着物体下落弹力增大。 因此,在这个过程中,物体进行加速度不断减小、速度不断增大的加速运动。 由于弹簧的变形,物体的重力势能减小,动能增大,弹簧的弹性势能增大。 整个系统都节约能源。
:在这个过程中,C点的弹力与重力相等,然后弹力进一步增大,因此C点的物体速度最大,即动能最大。 之后,物体所受的合力向上,假装减速,减小的速度越来越快,加速度向上,加速度逐渐增大。 随着动能减小,重力势能减小,而随着弹簧进一步压缩,弹性势能增大。 整个系统都节约能源。 到达D点后,物体速度变为0,向上加速度最大。 物体的重力势能最小。 此时弹簧的弹力达到最大值,弹簧的弹性势能最大。 整个系统都节约能源。 注:此时物体的加速度与下落物体的高度,即距离AB有关,并且可能大于g。 可能小于g。
之后高中物理弹簧受力分析,对象开始返回。 返回过程中,与下落过程相同位置处的力相同,因此加速度和能量相同,但与下落过程相比,速度方向相反。
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