Question

高一物理运动学，力学问题 急！！！

水平面上放一个质量为m的物体，物体上端于劲度系数为k的轻质弹簧相连，在弹簧的上端加竖直向上的力F，使弹簧上端从弹簧自然状态由静止开始做加速度为a的云加速直线运动，问力F至少作用多长时间能将物体拉起，写出在这段时间内拉力F随时间t变化的关系式（均用所给的字母和物理常量表示）

要求过程，限时今晚
感谢4位的回答，我已经选取四楼的为候选答案，至于是赏分还是关闭，取决于明天老师批改的正确与否，谢谢

Answer 1

常见弹簧类问题分析

高考要求 轻弹簧是一种理想化的物理模型，以轻质弹簧为载体，设置复杂的物理情景，考查力的概念，物体的平衡，牛顿定律的应用及能的转化与守恒，是高考命题的重点，此类命题几乎每年高考卷面均有所见.应引起足够重视.

弹簧类命题突破要点 1.弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力.当题目中出现弹簧时，要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应.在题目中一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置，现长位置，找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化.
2.因弹簧（尤其是软质弹簧）其形变发生改变过程需要一段时间，在瞬间内形变量可以认为不变.因此，在分析瞬时变化时，可以认为弹力大小不变，即弹簧的弹力不突变.
3.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：能量转化和守恒定律求解.同时要注意弹力做功的特点：Wk=-（ kx22- kx12），弹力的功等于弹性势能增量的负值.弹性势能的公式Ep= kx2，高考不作定量要求，可作定性讨论.因此，在求弹力的功或弹性势能的改变时，一般以能量的转化与守恒的角度来求解.
下面就按平衡、动力学、能量、振动、应用类等中常见的弹簧问题进行分析。

二、与动力学相关的弹簧问题

5.如图所示，在重力场中，将一只轻质弹簧的上端悬挂在天花板上，下端连接一个质量为M的木板，木板下面再挂一个质量为m的物体．当剪掉m后发现：当木板的速率再次为零时，弹簧恰好能恢复到原长，(不考虑剪断后m、M间的相互作用)则M与m之间的关系必定为 ( )
A.M>m B.M=m C.M<m D.不能确定

参考答案:B
6.如图所示，轻质弹簧上面固定一块质量不计的薄板，在薄板上放重物，用手将重物向下压缩到一定程度后，突然将手撤去，则重物将被弹簧弹射出去，则在弹射过程中(重物与弹簧脱离之前)重物的运动情况是 ( ) 参考答案：C
A.一直加速运动 B．匀加速运动
C.先加速运动后减速运动 D．先减速运动后加速运动

[解析] 物体的运动状态的改变取决于所受合外力．所以，对物体进行准确的受力分析是解决此题的关键，物体在整个运动过程中受到重力和弹簧弹力的作用．刚放手时，弹力大于重力，合力向上，物体向上加速运动，但随着物体上移，弹簧形变量变小，弹力随之变小，合力减小，加速度减小；当弹力减至与重力相等的瞬间，合力为零，加速度为零，此时物体的速度最大；此后，弹力继续减小，物体受到的合力向下，物体做减速运动，当弹簧恢复原长时，二者分离．
7.如图所示，一轻质弹簧竖直放在水平地面上，小球A由弹簧正上方某高度自由落下，与弹簧接触后，开始压缩弹簧，设此过程中弹簧始终服从胡克定律，那么在小球压缩弹簧的过程中，以下说法中正确的是( ) 参考答案:C
A.小球加速度方向始终向上
B.小球加速度方向始终向下
C.小球加速度方向先向下后向上
D.小球加速度方向先向上后向下
(试分析小球在最低点的加速度与重力加速度的大小关系)

8.如图所示，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，自由伸长到B点．今用一小物体m把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的动摩擦因数恒定，试判断下列说法正确的是 ( )
A.物体从A到B速度越来越大，从B到C
速度越来越小
B.物体从A到B速度越来越小，从B到C
加速度不变
C.物体从A到B先加速后减速，从B一直减速运动
D.物体在B点受到的合外力为零
参考答案:C
9.如图所示，一轻质弹簧一端与墙相连，另一端与一物体接触，当弹簧在O点位置时弹簧没有形变，现用力将物体压缩至A点，然后放手。物体向右运动至C点而静止，AC距离为L。第二次将物体与弹簧相连，仍将它压缩至A点，则第二次物体在停止运动前经过的总路程s可能为：
A.s=L B.s>L
C.s<L D.条件不足，无法判断
参考答案:AC
(建议从能量的角度、物块运动的情况考虑)

10. A、B两木块叠放在竖直轻弹簧上，如图所示，已知木块A、B质量分别为0.42 kg和0.40 kg，弹簧的劲度系数k=100 N/m ，若在木块A上作用一个竖直向上的力F，使A由静止开始以0.5 m/s2的加速度竖直向上做匀加速运动（g=10 m/s2）.
（1）使木块A竖直做匀加速运动的过程中，力F的最大值；
（2）若木块由静止开始做匀加速运动，直到A、B分离的过
程中，弹簧的弹性势能减少了0.248 J，求这一过程F对
木块做的功.

分析：此题难点和失分点在于能否通过对此物理过程的分析后，确定两物体分离的临界点，即当弹簧作用下的两物体加速度、速度相同且相互作用的弹力 N =0时 ,恰好分离.
解:
当F=0（即不加竖直向上F力时），设A、B叠放在弹簧上处于平衡时弹簧的压缩量为x，有
kx=（mA+mB）g
x=（mA+mB）g/k ①
对A施加F力，分析A、B受力如图
对A F+N-mAg=mAa ②
对B kx′-N-mBg=mBa′ ③
可知，当N≠0时，AB有共同加速度a=a′，由②式知欲使A匀加速运动，随N减小F增大.当N=0时，F取得了最大值Fm,
即Fm=mA（g+a）=4.41 N
又当N=0时，A、B开始分离，由③式知，
此时，弹簧压缩量kx′=mB（a+g）
x′=mB（a+g）/k ④
AB共同速度 v2=2a（x-x′） ⑤
由题知，此过程弹性势能减少了WP=EP=0.248 J
设F力功WF，对这一过程应用动能定理或功能原理
WF+EP-（mA+mB）g（x-x′）= （mA+mB）v2 ⑥
联立①④⑤⑥，且注意到EP=0.248 J
可知，WF=9.64×10-2 J

Answer 2

由题意可知
要使物体被提起，它受到弹簧的拉力最小为物体的重力，即mg
则当物体被拉起时弹簧伸长的长度L=mg/k
设弹簧从开始运动到物体被拉起用时t1，
则有L=0.5at1^2,解得所求时间t1=(2mg/ak)^0.5,即根号下(2mg/ak)

由于弹簧是轻弹簧，故拉力F始终与弹簧拉力大小相等即可
而在t时刻，弹簧伸长S=0.5at^2
则F=kS=0.5kat^2 0＜t≤t1，即0＜t≤(2mg/ak)^0.5

Answer 3

恰好将物体拉起时，所用时间最短，此时弹簧的弹力恰好等于物体的重力，由此得kx=mg，
解得x=mg/k，
由x=at^2/2，
两式连立，mg/k=at^2/2
得t=根号(2x/a)=根号(2mg/ka)
由于弹簧是轻弹簧，故拉力F始终与弹簧弹力大小相等
即F=kx=kat^2/2，0≤t≤根号(2mg/ka)

Answer 4

对于这个题目，我提出几点质疑：1.如果不计入弹簧的质量，那么在物体未拉起之前，根据f=ma，既然有加速，那么肯定有质量，请问质量在哪？物体是没有以加速度a运动，那么物体的质量不能算到f=ma中，也就是说自相矛盾。有质量才可能有加速度。显然弹簧的质量是不能忽略的。
2.当物体被拉起时，从题意中可以知道，一直在保持加速度a匀加速运动，那么此刻，弹簧的拉力不可能等于mg，应该是f-mg=ma。

Answer 5

F=K×△X

△X=1/2at^2

F=1/2Kat^2

当F=mg时，物体开始被拉起
即mg=1/2Kat^2，则t=√2mg/(Ka)