关于弹簧振子简谐运动过程中的对称性,还有关于平衡位置对称的两点位移大小相等关于弹簧原长对称的两位置弹性势能相同。这个方面与我们的动力学和运动学结合的更加紧密。还是用例题来说明。
如图所示,小物块m1与m2通过一轻质弹簧相连,置于夹角为θ的光滑固定斜面上,物块m1与固定在斜面上的竖直挡板接触,已知物块m1与m2的质量均为m,m3的质量为m/3,弹簧的劲度系数为k,下列过程弹簧形变一直在弹性限度内。开始物块m1与m2处于静止状态,先让物块m3从长木板上的A点静止释放与物块m2相撞后黏合在一起,为使m2,m3向下探底到最大高度时,物块m1对挡板的压力恰为零,求A点与碰撞前物块m2的距离为多大?整个运动过程中,弹簧最多比原先降低多少弹性势能?
解析:这是一道文字,描述比较长的题目,大约在250字左右,较长的描述常常使中学生倍感敬服。怎么克服这些心理状态呢?我认为就是一定要根据我们先前所说的,每位状态去研究。以本题为例。
一开始三个物块均处于静止状态,而且不难发觉,弹簧此时处于压缩状态。自然而然就可以列举弹簧的状态多项式kx=mgsinθ。
接出来发生了哪些呢?
m3开始下降弹簧弹力 示意图,运动学或则动能定律都可以。θs=½m3v1²
那就是m2和m3相撞,很显著就可以想到动量守恒,m3v1=(m3+m2)v2。
接出来又发生了哪些呢?那就是m2和m3弄成一体共同压缩弹簧,由于是变力,所以只能想到能量守恒。这儿就有一个方法,那就是从碰后顿时到末态直接列能量守恒多项式,其实,假如你选择碰后到最高点,由最高点到最低点也可以,只不过是复杂一些。我们还是选用最简单的。
½(m3+m2)v2²=(m3+m2)gsinθ(x+y)。y是弹簧的伸长量。
y就是解题的焦点了。还有哪些条件没用弹簧弹力 示意图,再瞧瞧题目,物块m1对挡板的压力恰为零,说明弹簧的伸长量的大小y=x。题目就可以迎刃而解了。
至于第二问,还是根据我们所说的分状态去做。如今我们重点看一下怎样借助简谐运动的对称性去做。画示意图,如上图所示,2是平衡位置,3是最高点,4是最低点,1是最初的位置。由对称性晓得,23和24为振幅,且这两个时刻弹簧的弹性势能相等。你们可以自行尝试解决,个人觉得还是分状态容易理解。但简谐运动的多项式会少一些。相信你们按照前面的示意图解决上去不是哪些问题。
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