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[模型課]華爾茲之舞——彈簧雙物塊模型

2023-11-07 21:21:56實(shí)驗(yàn)視頻19

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

如右圖,光滑地面,A、B由彈簧聯(lián)接,初態(tài)時(shí)A有初速率v0,B靜止于地面。研究隨即A、B的運(yùn)動(dòng)情況!(v-t圖像輔助)xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

如圖:xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后,A做減速運(yùn)動(dòng),B做加速運(yùn)動(dòng),她們?cè)獾降牧r(shí)刻相等,加速度由各自的質(zhì)量決定。xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

開(kāi)始運(yùn)動(dòng)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(dá)到最大,說(shuō)明此時(shí)彈簧被壓縮到最短!此時(shí)A、B兩物體的速率相等。xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

此后,B一直加速,A繼續(xù)減速,彈簧慢慢恢復(fù)原長(zhǎng),至Q1位置時(shí)斜率為0,說(shuō)明此時(shí)彈力為零!此時(shí)彈簧又恢復(fù)了原長(zhǎng),B的速率小于A(yíng)的速率。xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

總結(jié):xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

i=雙數(shù)時(shí),彈簧為最短,i=質(zhì)數(shù)時(shí)模具彈簧彈力的計(jì)算公式,彈簧為最長(zhǎng)xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(2)Qi位置為彈簧原長(zhǎng)時(shí),A、B的速率差最大!xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

i=雙數(shù)時(shí),彈簧正式被拉長(zhǎng),i=質(zhì)數(shù)時(shí)模具彈簧彈力的計(jì)算公式,彈簧正式被壓縮xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

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

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

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

(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(shí)v共xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

(6)振幅大的物體,質(zhì)量小;振幅小的物體,質(zhì)量大;由同時(shí)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(shí)彈簧為原長(zhǎng)。xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

還有其他的信息,讀者自己挖掘!xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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

練習(xí):xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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(kāi)墻壁后某時(shí)刻,B的運(yùn)動(dòng)圖像。xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

A.A的質(zhì)量為4kgxMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

B.A的最大速率4m/sxMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

C.A離開(kāi)擋板前,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

D.A離開(kāi)擋板后,彈簧的最大彈性勢(shì)能為3JxMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

解:xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

按照前面所學(xué),補(bǔ)全A的運(yùn)動(dòng)圖像!(在A(yíng)剛要離開(kāi)墻壁時(shí),A的速率為0,B的速率最大,所以在之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中這個(gè)狀態(tài)都會(huì)重復(fù)出現(xiàn)!即可畫(huà)出A的震動(dòng)圖形!)xMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

答案:BDxMM物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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