高中物理 一个弹簧剪成两个,再串联在一起,与之前相比,挂相同的重物,弹簧伸长量(总和)为什么不变?

作者&投稿:廖盆 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
一道初2物理题~

弹簧受力伸长时,弹簧受力处处相等,
这么跟你说吧:一个弹簧长为2l,受力为10N,整个弹簧伸长10cm此时弹簧的总长为2l+10

你可以认为这一个弹簧是由两个长都为1l的相同的弹簧接在一起构成的,由于弹簧受力处处相等,所以每一点弹簧的张力都为10N,而每一根弹簧都伸长5cm
,也就是说长为l的弹簧受到10N的力时伸长5cm,
然后你把弹簧拆成两个,用其中的一个,使其受10N的力,弹簧会伸长5cm,此时弹簧的总长为l+5

还有弹簧的读数跟弹簧的总长度成正比,受同样的力弹簧的总长变短,那么读数一定变小

所有09届以前的物理专业生都知道,这样的题,在没给出其他说明的情况下,我们都是以理想物理模型去分析
(不考虑空气阻力,不考虑与弹簧碰撞的机械能损失,不考虑弹簧的质量,你记住,在高中所有的物理题中,涉及的弹簧都是轻弹簧,就是不计质量,除非题目给出质量。一般情况下重力加速度是10m/s^2,除非题目给出9.8)
所以这个过程是个机械能守恒的一个物理运动。


由能量去考虑:重力势能与弹性势能之间的转换,球由高处下落,
一开始只有重力势能,重力势能向动能转换(同时重力势能减小),
当球与弹簧接触的瞬间,这里有两个过程(注意是过程):
1)弹簧形变所产生的弹力小于等于球的重力的过程,重力势能继续减小,动能继续增加,弹性势能增加。动能增加的原因是弹簧所产生的力小于小球的重力,所以合外力依然向下,重力继续做功,以至动能继续增加
2)当弹簧产生的力大于小球的重力直到弹簧压缩最大的过程,这时,重力势能减小,动能减小,弹性势能增加。
剩下的就是反过来了,自己去分析吧,刚好反过来
计算呢就是由释放高度,减掉弹簧高度,就是重力做功的位移,由此能算出在接触或分离瞬间的重力势能,动能(用能量公式:mgh=1/2mV^2-1/2mv^2怎么用和什么时候用就要看你的分析和理解了)与弹性势能(此时为零)

由弹簧的伸长形变上说:由于小球与弹簧不是连在一起,所以他们不会做简谐运动(这个我懒得解释了,会学到的,简单的说就是来回重复的运动)
小球与弹簧在分离时只有小球会向上飞,弹簧形变为零(我看到了有人说“一楼的老兄,正因为是轻弹簧,伸长量一定不会是0,小孩子都知道的,不信你拿个弹簧试试。” 此人绝非物理生)

速度要说明方向,因为速度是矢量,小球开始速度向下,后来向上。

弹簧产生的加速度:始终向上!




++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++好,弹簧的伸长量为零!
如果弹簧有形变,就一定有作用力!
如果弹簧与球分离时,跟着球往上,等于弹簧伸长了,那么弹簧将产生一个收缩的弹力,这个弹力的作用是将伸长的弹簧拉会原长,
但是,从牛顿定律里的惯性规则里不难理解,当物体运动时,会有惯性,这个惯性将使物体沿原来的运动方向继续运动,
这个条件的前提是质量,
物体质量越大,惯性也相应增大,
如果弹簧有质量,那么,恢复原长(即小球分离)将会按惯性向上运动,
而后,弹簧受到自身产生的收缩力向下运动,
这样将重复循环,
弹簧将上下震动,直到阻力将其消减为静止(阻尼运动)。
对于理想化模型,高中的物理不会对此做详细分析,所以将轻弹簧定格为无质量物体(原因是不想将问题复杂化)
无质量将不存在惯性,即分离瞬间,弹簧将不会跟着小球继续上升,即伸长量为零。
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弹簧可能在分离时还处于压缩状态吗?
答案是否定的。
因为,在弹簧压缩最大时,弹簧的弹力是大于小球的重力,小球所受到的合外力是向上,所以将向上加速运动,当运动到某时刻,弹簧的形变所产生的弹力将等于小球的重力,小球受到的合外力为零,此时,小球已经达到了上升阶段的最大速度了,在弹簧与小球分离前,弹簧的弹力将不断减小,小球受到的合外力将不断增大,方向与速度相反,所以,之后小球在不断减速,将不会在弹簧恢复前离开弹簧。

将两根弹簧串联 其劲度系数为k1*k2/k1+k2
而将一个弹簧剪短它的系数K会变大
把一根弹簧看成两段的串联,仍受力F,每段伸长的长度加起来为L。
对每段来说,受到拉力为F,伸长量小于L,所以K就变大了