2022年高考物理二轮专题复习：模型讲解弹簧模型(功能问题).pdfVIP

高考二轮专题复习之模型讲解 弹簧模型（功能问题） ［模型概述］ 弹力做功对应的弹簧势能，分子力做功所对应的分子势能、电场力 做功对应的电势能、重力做功对应的重力势能有区别，但也有相似。 例：如图 1 所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为 L，左端接有 阻值为 R 的电阻，处在方向竖直，磁感应强度为 B 的匀强磁场中，质 量为 m 的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻 均可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的 初速度 v0 。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保 持良好接触。 （1）求初始时刻导体棒受到的安培力。 （2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹力势能 E 1 1 为 p ，则这一过程中安培力所做的功 W和电阻 R上产生的焦耳热 Q 分 别为多少？ （3）导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直 到最终静止的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q为多少？ - 1 - 图 1 E 解析：（1）初始时刻棒中感应电动势 E BLv 0 ，棒中感应电流 I ， R 2 2 Lv 0 B 作用于棒上的安培力 FI LB ，联立解得 F ，安培力方向： 水平 R 向左； 1 2 （2）由功和能的关系，得安培力做功 W1 E P mv 0 ，电阻 R 上产 2 1 2 生的焦耳热 Q mv E ； 1 0 P 2 （3）由能量转化平衡条件等，可判断：棒最终静止于初始位置 1 2 Q mv 0 。 2 ［模型要点］ 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或能量转化和守 恒定律求解，图象中的“面积”功也是我们要熟悉掌握的内容。 弹力做功的特点：弹力的功等于弹性势能增量的负值。弹性势能的 1 2 公式 E P kx ，高考不作定理要求，可作定性讨论。因此，在求弹力 2 的功或弹性势能的改变时，一般从能量的转化与守恒的角度来求解。 分子力、电场力、重力做正功，对应的势能都减少，反之增加。都 具有相对性系统性。 弹簧一端连联物、 另一端固定： 当弹簧伸长到最长或压缩到最短时， 物体速度有极值，弹簧的弹性势能