弹簧问题例题及解析

弹簧问题

一、分离点

1、质量为M=3kg 的小车放在光滑的水平地面上，物块A 和B 的质量均为m=1kg ，且均放在小车的光滑水平地板上，物块A 和小车右侧壁用一根轻弹簧连接，不会分离，如图所示。物块A 和B 并排靠在一起，现用力向右压B ，并保持小车静止，使弹簧处于压缩状态，在此过程中外力做功135J ，撤去外力，当A 和B 分开后，在A 达到小车地板的最左端位置之前，B 已从小车左端抛出。求：B 与A 分离时，小车的速度是多大？

s

m

v s m v W E Mv mv Mv mv v v B A B A B M P M B M B M B 9,62

12210

222====+⋅=-解得：能守恒，得：，则由动量守恒和机械车速度为，分离时小等速，设为、长时分离，分离前应在弹簧第一次恢复原与解析：

2、如图所示，一个弹簧台秤的秤盘和弹簧质量都不计，盘内放有一质量m=12kg 并处于静止的物体P ，弹簧劲度系数k=300N/m ，现给P 施加一个竖直向上的力F ，使P 从静止开始始终向上作匀加速直线运动，在这过程中，头0.2s 内F 是变力，在0.2s 后F 是恒力，则

(1)、物体P 作匀加速运动的加速度大小为多少？ (2)、F 的最小值、最大值分别为多少？

N

a g m F m a

m g F P F N

m a F P F s m

at x x k m g F F P P 360)(24020a 2

1max max min 2

2

=+==-====∆∆=所以托盘后，刚要离开托盘时和离开最大值即为刚开始加速时，即：最小值为解得：，原长的时刻。，所以分离时必是弹簧恒力。因托盘不计质量为变力，分离后为前与托盘分离互间弹力为零。物体与托盘分离的条件为相解析：物体

3、如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上端系一劲度系数为k 的轻弹簧，弹簧下端连有一质量为m 的小球，球被一垂直于斜面的挡板A 挡住，此时弹簧没有形变，若手持挡板A 以加速度a(a

ka

a g m a x t at x k

a g m x m a

kx m g )sin (2221)

sin (sin 2

-==

=-==-θθθ间为与挡板分离所经历的时得从挡板开始运动到球由移为则球做匀加速运动的位定律得为零，对球由牛顿第二时，挡板对球的作用力解析：当球与挡板分离

4、如图甲所示，一轻弹簧劲度系数为k ，下面悬挂一质量为m 的砝码A ，手拿一块质量为M 的木板B ，用B 托住A 上压弹簧如图乙所示，此时若突然撤去B ，则A 向下的加速度为a(a>g)，现用手控制B 使B 以加速度a/3向下做匀加速直线运动。求砝码做匀加速直线运动的时间。

k

m

t t a

x x m a

m g kx m a m g kx x B A x 2

3

21312

212121=⋅=-=+=+解得：得：，则由牛顿第二定律，脱离时弹簧压缩量为、，量为解析：设最初弹簧压缩

讨论：a=3g 、a<3g 、a>3g 三种情况下，x 2的取值情况。

小结：分离点特点 ①N=0 ②最后的状态相同点，a 相同。

二、相同弹性势能点

5、如图所示，劲度系数为K 的轻弹簧的一端固定于O 点，另一端连着质量为

m

甲

乙

的小?球，今用手托着小球使弹簧处于原长，第一次用手缓慢的向下移动，最后手脱离小球时小球静止，在此过程中手对小球做功大小为W ，第二次在弹簧处于原长时让手突然离开小球，当小球通过上次的静止位置时，其动能为多少？

解析：第一次运动由动能定理得：W G -W 谈-W=0

第二次运动由动能定理得: W /G -W /谈=E K -0 两种运动中W G =W /G W 谈= W /谈 故E K =W

6、（1997年全国）质量为m 的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧的下端固定在地面上，平衡时弹簧的压缩量为x 0,如图所示，一物体从钢板正上方距离为的A 处自由落下打在钢板上并立刻于钢板一起向下运动但不粘连，他们到达最低点后又向运动，已知物体质量也为m 时，他们恰能回到O 点，若物体质量为2m ，仍从A 处自由落下，则物体与钢板回到O 点时，还具有向上的速度，求物体向上运动到达的最高点与O 点的距离

解析：物体与钢板碰撞时的速度V 0=

gh 2=06gx ,设V 1表示质量为m

的物体与钢板碰撞后一起开始向下运动的速度,因碰撞时间极短，动量守恒mV 0 =2mV 1,刚碰完后

弹簧的弹性势能为E P ，当他们一起回到O 点时，弹簧无形变，弹性势能为零，根据题意，这时物体与钢板的速度为零，由机械能守恒得：E P +

()2122

1

v m =2mg x 0，设V 2表示质量为2m 的物体与钢板碰撞开始一起向下运动的速度，则有2mV 0 =3mV 2，刚碰完时弹簧的弹性势能为E /P ,他们回到O 点时，弹性势能为零，但他们仍能继续向上运动，设此时速度为V ，则有

E /P +

()()2210223332

1

v m mgx v m +=，在以上的两种情况中，弹簧的初始压缩量都是x 0故有E /P =E P ，当质量为2m 的物体与钢板一起回到O 点时，弹簧的弹力为零，物体与钢板只受到重力作用，加速

度为g ，过O 点后，钢板受到弹簧向下的拉力作用，加速度大于g ，由于物体与钢板不粘连，物体不可能受到钢板的拉力，其加速仍为g,故在O 点物体与钢板分离，分离后物体以速度V 竖直上抛,则有以上各式可得，物体向上运动所到最高点与O 点的距离为

02

1X

7、A 、B 两个矩形木块用轻弹簧相连接，弹簧的劲度系数为k ，木块A 的质量为2m ，将他们竖直叠放在水平地面上，如图所示

C