3.弹力的大小
对有明显形变的弹簧,弹力的大小可以由胡克定律计算。对没有明显形变的物体,如桌面、绳子等物体,弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定。
(1)胡克定律可表示为(在弹性限度内):F=kx,还可以表示成ΔF=kΔx,即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。
(2)“硬”弹簧,是指弹簧的k值较大。(同样的力F作用下形变量Δx较小)
(3)几种典型物体模型的弹力特点如下表。
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项目 |
轻绳 |
轻杆 |
弹簧 |
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形变情况 |
伸长忽略不计 |
认为长度不变 |
可伸长可缩短 |
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施力与受力情况 |
只能受拉力或施出拉力 |
能受拉或受压可施出拉力或压力 |
同杆 |
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力的方向 |
始终沿绳 |
不一定沿杆 |
沿弹簧轴向 |
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力的变化 |
可发生突变 |
同绳 |
只能发生渐变 |
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[例5]如图所示,两物体重力分别为G1、G2,两弹簧劲度系数分别为k1、k2,弹簧两端与物体和地面相连。用竖直向上的力缓慢向上拉G2,最后平衡时拉力F=G1+2G2,求该过程系统重力势能的增量。
解析:关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx1、Δx2、Δx1/、Δx2/间的关系。
无拉力F时 Δx1=(G1+G2)/k1,Δx2= G2/k2,(Δx1、Δx2为压缩量)
加拉力F时 Δx1/=G2/k1,Δx2/= (G1+G2) /k2,(Δx1/、Δx2/为伸长量)
而Δh1=Δx1+Δx1/,Δh2=(Δx1/+Δx2/)+(Δx1+Δx2)
系统重力势能的增量ΔEp= G1Δh1+G2Δh2
整理后可得:![]()