弹簧临界条件.docVIP

弹簧中的临界状态分析 一：指导思想与理论依据 弹簧类问题，一直是高中物理教学上的一个难点，从此类问题考察知识点来看，设计力、运动、力和运动关系、简谐运动以及能量、动量，涉及范围广，考纲要求高。 从能力考查方面来看，弹簧类问题对学生建模能力、思维能力以及计算能力有较高要求，弹簧类问题的理想化模型，本身学生对此就不是特别熟悉，此外对变力问题的分析上，也存在诸多困惑，因此如何解好弹簧类问题，是高三复习的一个难点。 高考物理模型中，经常涉及临界问题，比较常见的有速度最值问题、弹簧型变量最值问题、能量最值问题等，对这一类问题求解时，一般都是假设某个物理量达到最大、最小的临界情况，再抓住临界情况下的各物理量之间关系来列方程求解。 二：教学背景分析 高三学生进入第二轮复习，基本物理知识已有了一定的积淀，具有一定的分析问题、解决问题的能力。所以二轮复习要从基本知识点发散开去，追求广度、深度。 北大附中实验班学生层次较高，理解能力普遍较强，因此在讲解一些简单问题的时候，往往知识点带出，解题方法提一句，剩下的分析步骤、解题过程就完全交给学生自己完成了。 就教学方式而言，高三物理复习课，主要以讲解高考试题为主，通过例题讲解，使学生掌握一定的解题方法，当然，同时也夯实基本物理知识和规律，并通过一定的例题，力求使学生能达到举一反三的学习效果。同时，课后留下一定量的练习，保证学生能把课上所学知识、方法拿到手。 鉴于高中学生在物理建模能力方面存在不小难度，在教学过程中，可以适当使用教学课件，帮助学生迅速建立正确、形象的物理模型。 弹簧专题涉及内容多，范围广，深度大， 一节课时不足以讲解所有弹簧类问题，因此，本节课选取弹簧问题中的临界情况做专题分析。在弹簧模型的基础上，将力和运动的关系、功能关系、能量守恒以及简谐运动的对称性等综合知识参杂与练习中，使学生进一步掌握综合类力学问题的分析思路与求解方法。 三：教学目标 知识与技能 ①对弹簧的理想化模型有较深刻认识； ②明确弹簧受力特点； ③进一步熟悉牛顿定律在解决运动和力的关系问题时的运用方法，同时适当从能量角度思考问题。 ④提高对简谐运动知识的理解、运用能力，尤其是简谐运动中的对称性。 ⑤熟悉临界条件，会分析弹簧类问题中研究对象的运动过程，找出题目中隐含条件，并能够正确找到各物理量之间关系。 四：教学过程 （1）复习弹簧受力特点： 轻弹簧是一种理想化的物理模型，以轻质弹簧为载体,设置复杂的物理情景，考查力的概念，物体的平衡，牛顿定律的应用及能的转化与守恒，是高考命题的重点。 理想轻弹簧受力特点有以下这些： 弹簧在弹性限度内满足胡克定律：； 由于轻质弹簧不计质量，因此轻弹簧两端受力等大反向； 弹簧长度不能发生突变（除非剪断弹簧），因此弹簧所受弹力亦不能发生突变； 弹簧受力具有对称性，即简谐运动的对称性。 （2）注意临界状态 临界状态往往对应着一段过程的开始或结束，因此对物理情景的过程分析，是解决临界问题的关键。 求解临界问题的一般步骤为：分析运动过程，明确物体受力和运动情况，根据临界条件找出各物理量间关系，列出方程求解。 例一： 如图，水平面光滑，劲度系数为k的轻质弹簧左端与竖直墙壁固连，弹簧自然伸长时，右端位于O处。现用力将一质量为m的小滑块向右推至A位置， 释放后，滑块何时速度最大？ 解析：分析释放后，滑块受力和运动过程，由于水平面光滑，释放初，滑块水平方向只受弹簧向右的弹力作用，且释放瞬间该弹力最大，因此滑块将向右做加速度逐渐减小的加速运动。由运动和力的关系可以知道，当滑块加速度为零的时候，也就是滑块速度最大时，根据弹簧受力特点可以分析得出，此时应为弹簧原长。 另外还可以看出，当弹簧恢复原长之后，弹簧与滑块不再产生相互作用力，此后，滑块将和弹簧分开。 若滑块与水平面间动摩擦因数为μ，分开瞬间仍为弹簧原长处。 滑块速度最大的时候也就是加速度为零得时候，显然原长处不再是速度最大的地方。当弹簧弹力等于滑块所受摩擦力的时候，滑块速度达到最大。 当弹簧恢复原长时，若物块速度恰好为零，则表明物块“恰好”能和弹簧分离。 从功能关系来说，释放瞬间，弹簧具有的弹性势能要比物块回到弹簧原长处的过程克服阻力做的功多。 例二：（竖直弹簧中的类似问题） 如图，劲度系数为k的轻质弹簧，原长L，竖直放置在水平地面上，将一质量为m的金属块A轻放在弹簧上端。 ①从A放上弹簧到运动至最低点的过程中，A速度最大的位置在哪里？ 解析： A速度最大也就是A受合外力为零处，即弹力与重力等大反向之时。 ②最低点位置在哪里？此时弹簧具有多少弹性势能？ 根据简谐运动对称性，金属块A能够将弹簧压缩，此时重力势能减少量等于弹性势能增加量，即。 ③此后的运动过程中，A是否会与弹簧分离？ 不会。 若将一质量为m的金属块