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[模型課]華爾茲之舞——彈簧雙物塊模型

更新時間:2025-11-07

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資源介紹

?彈簧物體模型如同“探戈”,舞者各自做著優美的動作,彼此又分分合合!4Tb物理好資源網(原物理ok網)

如右圖,光滑地面,A、B由彈簧聯接,初態時A有初速率v0,B靜止于地面。研究隨即A、B的運動情況!(v-t圖像輔助)4Tb物理好資源網(原物理ok網)

學過3-4之后我們明白A、B相對于剛體都做“彈簧振子”運動,所以她們的v-t圖像都是正(余)弦曲線!這兒不再贅言,想了解的朋友自己參看一下必修3-4。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

如圖:4Tb物理好資源網(原物理ok網)

運動開始后,A做減速運動,B做加速運動,她們遭到的力時刻相等,加速度由各自的質量決定。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

開始運動后,彈簧被壓縮,彈力降低,由上圖可知(斜率)A、B加速度都在變大,而且斜率在P1位置達到最大,說明此時彈簧被壓縮到最短!此時A、B兩物體的速率相等。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

此后,B一直加速,A繼續減速,彈簧慢慢恢復原長,至Q1位置時斜率為0,說明此時彈力為零!此時彈簧又恢復了原長,B的速率小于A的速率。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

之后的之后,B將做減速,A將做加速,彈簧被拉長......4Tb物理好資源網(原物理ok網)

總結:4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(1)Pi位置為彈簧最短(長)時,也就是彈簧彈性勢能最大時!A、B速率相等。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

i=雙數時,彈簧為最短,i=質數時模具彈簧彈力的計算公式,彈簧為最長4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(2)Qi位置為彈簧原長時,A、B的速率差最大!4Tb物理好資源網(原物理ok網)

i=雙數時,彈簧正式被拉長,i=質數時模具彈簧彈力的計算公式,彈簧正式被壓縮4Tb物理好資源網(原物理ok網)

思索:Pi位置斜率(最大or最小),意味著哪些?4Tb物理好資源網(原物理ok網)

思索:Qi位置斜率(最大or最小or為零),意味著哪些?4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(3)O-P1,O-P2.....過程,可視為“完全非彈性碰撞”過程的兩種情況!4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(4)O-Q1,O-Q2.....過程,可視為“完全彈性碰撞”過程的兩種情況!4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(5)兩圖像的“中軸”重合,重合的中軸即A、B兩物體速率相等時v共4Tb物理好資源網(原物理ok網)

(6)振幅大的物體,質量小;振幅小的物體,質量大;由同時刻的斜率比較可得。P位置的斜率最大,所以彈簧形變量最大;Q位置的斜率為0,所以此時彈簧為原長。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

還有其他的信息,讀者自己挖掘!4Tb物理好資源網(原物理ok網)

若有一部份圖像挪到縱軸下方,意味著哪些呢?4Tb物理好資源網(原物理ok網)

練習:4Tb物理好資源網(原物理ok網)

已知;條件如圖,mB=2kg。將B向左壓,之后釋放,右圖為A物體離開墻壁后某時刻,B的運動圖像。4Tb物理好資源網(原物理ok網)

A.A的質量為4kg4Tb物理好資源網(原物理ok網)

B.A的最大速率4m/s4Tb物理好資源網(原物理ok網)

C.A離開擋板前,系統動量守恒,機械能守恒4Tb物理好資源網(原物理ok網)

D.A離開擋板后,彈簧的最大彈性勢能為3J4Tb物理好資源網(原物理ok網)

解:4Tb物理好資源網(原物理ok網)

按照前面所學,補全A的運動圖像!(在A剛要離開墻壁時,A的速率為0,B的速率最大,所以在之后的運動過程中這個狀態都會重復出現!即可畫出A的震動圖形!)4Tb物理好資源網(原物理ok網)

答案:BD4Tb物理好資源網(原物理ok網)

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