高一物理力学专题6(④瞬时加速度问题)

如题所述


在物理学习的道路上,让我们一起探索高一物理必修一第四个章节——牛顿运动定律的精彩小专题,今天我将聚焦于专题十八:瞬时加速度的深度解析。


瞬时加速度的奥秘</


在力学世界中,我们遇到的物体模型多种多样,它们在受力时的反应和形变特性各不相同。首先,轻绳(或轻杆)模型是一个关键概念,它们在剪断后,形变恢复几乎瞬间完成,弹力可以瞬间改变或消失,这就意味着它们的弹力可以经历“瞬时突变”。然而,轻弹簧(或轻橡皮绳)的特性则不同,由于形变量大且恢复时间较长,它们的力在某些瞬间可能来不及变化,显得相对“静态”,弹力不支持突变。


弹力的瞬间变化规则</


让我们来看看常见的几种模型:



    轻绳:微小形变量,可以突变,仅提供拉力;
    轻杆:同样微小形变量,也能突变,既可产生拉力,也可产生压力;
    轻弹簧:较大形变量,不支持突变,拉力或压力恒定;
    轻橡皮绳:较大形变量,同样不支持突变,仅提供拉力。

需要注意的是,橡皮筋或弹簧的弹力并非绝对稳定,当质量忽略不计且自由端没有连接物体时,没有质量意味着没有惯性,弹力的突变就可能发生。例如,剪断轻绳时,若弹簧两端连接有质量物体,形变恢复受限;剪断弹簧与质量球的连接点,形变则能快速恢复,弹力突变为零。


实战演练</


下面是一些生动的实例,帮助我们理解瞬时加速度问题:




    在例1中,质量为m的球通过弹簧I和水平细线Ⅱ与P、Q相连。当剪断I或Ⅱ时,球所受合力会发生巨大变化。若剪断I,球会受到重力,合力F合=mg,竖直向下;若剪断Ⅱ,弹力突变,合力可能为F2,方向水平向左。




    例2中,轻弹簧连接两个木块,系统静止在光滑木板上。抽出木板的瞬间,木块1和2的合力分析同样重要。这里省略了具体的数值计算,但关键在于理解在瞬时加速度的作用下,木块所受合力的动态变化。




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