高考物理二轮专题复习（模型概述+模型讲解+模型演练） 模型四 弹簧模型（功能问题）（含解析）.doc_第1页
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2013年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。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，弹簧的弹力势能为，则这一过程中安培力所做的功w1和电阻r上产生的焦耳热q1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？图1解析：（1）初始时刻棒中感应电动势，棒中感应电流，作用于棒上的安培力，联立解得，安培力方向：水平向左；（2）由功和能的关系，得安培力做功，电阻r上产生的焦耳热；（3）由能量转化平衡条件等，可判断：棒最终静止于初始位置。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。弹性势能的公式，高考不作定理要求，可作定性讨论。因此，在求弹力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，弹簧的弹性势能最大，此时也是物体速度方向发生改变的时刻。若关联物与接触面间光滑，当弹簧恢复原长时，物体速度最大，弹性势能为零。若关联物与接触面粗糙，物体速度最大时弹力与摩擦力平衡，此时弹簧并没有恢复原长，弹性势能也不为零。用来计算，此时有两个方案：一是严格带符号运算，q和均考虑正和负，所得w的正、负直接表明电场力做功的正、负；二是只取绝对值进行计算，所得w只是功的数值，至于做正功还是负功？可用力学知识判定。做功与移动的路径无关，仅与始末位置的电势差有关。误区点拨电场力、重力做功与路径无关，取决与始末位置；而弹力、分子力与距离（形变量、分子间距）有关，所以它们的做功与对应的势能问题就可以进行归纳类比。由功的定义式来计算，要求式中f为恒力才行，所以，这个方法有局限性，如在匀强电场中使用。模型演练利用传感器和计算机可以测量快速变化力的瞬时值。如图2是用这种方法获得的弹性绳中拉力f随时间t变化的图线。实验时，把小球举高到绳子的悬点o处，然后放手让小球自由下落。由此图线所提供的信息，以下判断正确的是（ ）图2a. t2时刻小球速度最
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