高三物理中涉及的彈簧伸長的情況主要有兩種:
1. 輕彈簧一端固定,另一端與物體相連。在物體勻速運動時,彈簧的伸長量是固定的,此時彈簧的伸長量不會隨著所受拉力的增大而增大。
2. 輕彈簧兩端都被固定住,此時彈簧的伸長量與所受的拉力成正比。
以上兩種情況主要出現在連接體問題中,其中彈簧的彈力始終充當著輕彈簧對連接體的拉力。此外,在有加速度時,彈簧也會產生相應的形變。這些情況都是高中物理中常見的彈簧伸長的情況,需要考生注意并靈活運用相關知識進行解答。
題目:一個彈簧振子在光滑的水平面上運動,已知振動的頻率為5Hz,振幅為2cm。求:
(1)彈簧振子的周期和振動的周期時間;
(2)在t時刻,彈簧的伸長量是多少?
(3)在t時刻,彈簧的彈性勢能是多少?
【分析】
(1)根據彈簧振子的周期公式$T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$求解周期;
(2)根據彈簧振子的位移公式$x = A\sin(\omega t)$求解彈簧的伸長量;
(3)根據彈簧的彈性勢能公式$E_{p} = \frac{1}{2}kx^{2}$求解彈性勢能。
【解答】
(1)由題意可知,彈簧振子的周期為:$T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}} = 2\pi \times \sqrt{\frac{0.02}{k}}$,其中$m$為振子質量,$k$為彈簧勁度系數。代入數據可得:$T = 2\pi \times \sqrt{2}$s。
(2)在t時刻,彈簧的伸長量為:$x = A\sin(\omega t) = 2cm \times \sin(10\pi t)$。
(3)彈簧的彈性勢能是:$E_{p} = \frac{1}{2}kx^{2} = \frac{1}{2} \times 0.02N \times (2cm)^{2} = 0.04J$。
通過以上例題,我們可以看到如何使用彈簧伸長量來求解物理問題。需要注意的是,彈簧伸長量與振幅、頻率等因素有關,需要根據實際情況進行分析。