小球碰弹簧模型
经典高中物理模型--弹性碰撞模型及应用
弹性碰撞模型及应用弹性碰撞问题及其变形在是中学物理中常见问题，在高中物理中占有重要位置，也是多年来高考的热点。
弹性碰撞模型能与很多知识点综合，联系广泛，题目背景易推陈出新，掌握这一模型，举一反三，可轻松解决这一类题，切实提高学生推理能力和分析解决问题能力。
所以我们有必要研究这一模型。
(一) 弹性碰撞模型弹性碰撞是碰撞过程无机械能损失的碰撞，遵循的规律是动量守恒和系统机械能守恒。
确切的说是碰撞前后动量守恒，动能不变。
在题目中常见的弹性球、光滑的钢球及分子、原子等微观粒子的碰撞都是弹性碰撞。
已知A 、B 两个钢性小球质量分别是m 1、m 2，小球B 静止在光滑水平面上，A 以初速度v 0与小球B 发生弹性碰撞，求碰撞后小球A 的速度v 1，物体B 的速度v 2大小和方向解析：取小球A 初速度v 0的方向为正方向，因发生的是弹性碰撞，碰撞前后动量守恒、动能不变有：m 1v 0= m 1v 1+ m 2v 2 ①222211201212121v m v m v m += ② 由①②两式得：210211)(m m v m m v +-= ， 210122m m v m v += 结论：（1）当m 1=m 2时，v 1=0，v 2=v 0，显然碰撞后A 静止，B 以A 的初速度运动，两球速度交换，并且A 的动能完全传递给B ，因此m 1=m 2也是动能传递最大的条件；（2）当m 1＞m 2时，v 1＞0，即A 、B 同方向运动，因2121)(m m m m +- ＜2112m m m +，所以速度大小v 1＜v 2，即两球不会发生第二次碰撞；若m 1>>m 2时，v 1= v 0，v 2=2v 0 即当质量很大的物体A 碰撞质量很小的物体B 时，物体A 的速度几乎不变，物体B 以2倍于物体A 的速度向前运动。
（3）当m 1＜m 2时，则v 1＜0，即物体A 反向运动。
当m 1<<m 2时，v 1= - v 0，v 2=0 即物体A 以原来大小的速度弹回，而物体B 不动，A 的动能完全没有传给B ，因此m 1<<m 2是动能传递最小的条件。
弹簧小球模型知识点总结
弹簧小球模型知识点总结一、弹簧小球模型的基本原理弹簧小球模型的基本原理是利用弹簧的弹性力和小球的质量产生共振效应，以研究系统的动力学特性。
弹簧小球模型可以简化为单自由度系统或多自由度系统，分别用来研究不同的力学问题。
1. 单自由度弹簧小球模型单自由度弹簧小球模型由一条弹簧和一个小球组成，小球在弹簧的作用下可以进行简谐振动。
当外力作用在小球上时，小球受到外力作用产生振动，弹簧的弹性力会对小球产生反作用力，最终形成小球的振动。
单自由度弹簧小球模型的动力学方程可以用简单的力学原理进行建立，是研究简单振动问题的基础。
2. 多自由度弹簧小球模型多自由度弹簧小球模型由多条弹簧和多个小球组成，可以用来研究复杂的多自由度系统的力学特性。
多自由度系统的动力学方程可以通过拉格朗日方程或哈密顿原理进行建立，并可以通过数值模拟方法进行求解。
多自由度弹簧小球模型在工程学和物理学中有广泛的应用，可以用来研究复杂的振动问题和非线性动力学问题。
二、弹簧小球模型的动力学方程弹簧小球模型的动力学方程是描述系统运动规律的基本方程，可以用来求解系统的振动特性和响应。
单自由度弹簧小球模型的动力学方程可以表示为简谐振动方程，多自由度弹簧小球模型的动力学方程则可以表示为多自由度振动方程。
1. 单自由度弹簧小球模型的动力学方程对于单自由度弹簧小球模型，可以用简单的力学原理建立动力学方程。
假设弹簧的劲度系数为k，小球的质量为m，外力为F(t)，则小球的运动方程可以表示为：m*a(t) = F(t) - k*x(t)其中，a(t)为小球的加速度，F(t)为外力，k为弹簧的劲度系数，x(t)为小球的位移。
在无外力的情况下，小球的振动方程可以简化为简谐振动方程：m*a(t) = -k*x(t)这是一个典型的简谐振动方程，可以通过求解微分方程来得到系统的振动特性和响应。
2. 多自由度弹簧小球模型的动力学方程对于多自由度弹簧小球模型，可以通过利用拉格朗日方程或哈密顿原理建立动力学方程，并通过适当的数值模拟方法进行求解。
专题16 类碰撞模型(解析版)
2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练专题16 类碰撞模型一、与弹簧有关的类碰撞模型1．如图所示，两光滑且平行的固定水平杆位于同一竖直平面内，两静止小球m 1、m 2分别穿在两杆上，两球间连接一个保持原长的竖直轻弹簧，现给小球m 2一个水平向右的初速度v 0．如果两杆足够长，则在此后的运动过程中（ ）A ．m 1、m 2组成的系统动量守恒B ．m 1、m 2组成的系统机械能守恒C ．弹簧最长时，其弹性势能为12m 2v 02 D ．当m 1速度达到最大时，m 2速度最小 【答案】A【详解】由于两球竖直方向上受力平衡，水平方向所受的弹力的弹力大小相等，方向相反，所以两球组成的系统所受的合外力为零，系统的动量守恒，A 正确；对于弹簧、12m m 、组成的系统，只有弹力做功，系统的机械能守恒，由于弹性势能是变化的，所以12m m 、组成的系统机械能不守恒，B 错误；当两球的速度相等时，弹簧最长，弹簧的弹性势能最大，以向右为正方向，由动量守恒定律得()2012m v m m v =+，解得2012m v v m m =+，由系统的机械能守恒得()2220121122P m v m m v E =++，解得()2120122Pm m v E m m =+，C 错误；若12m m >，当弹簧伸长时，1m 一直在加速，当弹簧再次恢复原长时1m 速度达到最大．弹簧伸长时2m 先减速后，速度减至零向左加速，最小速度为零．所以1m 速度达到最大时，2m 速度不是最小，D 错误． 2．如图所示，A 、B 、C 三个半径相同的小球穿在两根平行且光滑的足够长的水平杆上，三个球的质量分别为ma =1kg ，mb =3kg ，mc =1kg ， 初始状态三个球均静止，B 、C 球之间连着一根轻质弹簧，弹簧处于原长状态。
现给A 一个向左的初速度v 0= 10m/s ，之后A 与B 发生弹性碰撞。
球A 和B 碰后，下列说法正确的是（ ）A ．球A 的速度变为向右的5m/sB ．弹簧恢复原长时球C 的速度为5m/s C ．球B 的最小速度为2. 5m/sD ．弹簧的最大弹性势能为9. 375J【答案】ACD【详解】A ．A 与B 发生弹性碰撞，动量守恒得012A A B m v m v m v =+机械能守恒得222012111222A AB m v m v m v =+ 解得15m/s v =−；25m/s v =，A 正确；D ．碰后B 向左运动，因为弹簧弹力的作用，B 向左减速，C 向右加速，当B 、C 速度相等时弹簧最长，弹簧的弹性势能最大，由23()B B C m m m =+v v ；22p 2311()22B BC E m m m =−+v v 解得p 9.375J E =，D 正确；BC ．接下来B 继续减速，C 继续加速，C 的速度大于B 的速度，弹簧开始缩短，当弹簧恢复原长时球B 的速度最小，由245B B C m m m =+v v v ；222245111222B BC m m m =+v v v 解得4 2.5m/s =v ；57.5m/s =v ，B 错误C 正确。
高中物理中的弹簧连接小球问题
1
在光滑水平面，同一直线上有两个小球:
V0
A
B
两球用轻弹簧相连 会怎样运动？
系统
2
[一、模型解读与规律探究]
模型：质量分别为m1、 m2 的A 、B两球， 置于光滑水平面上。 用轻弹簧相连处于静 止状态，小球A以初速度v0向B运动.
V0
A
B
3
第一阶段：弹簧压缩过程
二、题型探究与方法归纳
题型1 含弹簧系统的动量、能量问题 题型2 含弹簧系统的碰撞问题
总之：弹簧问题并不难，四个分析是关键， 抓住模型临界点，解题过程要规范。
18
ห้องสมุดไป่ตู้
速度多大？ （2）弹簧的压缩量最大时三者的速度多大？ （3）弹簧压缩后的最大弹性势能是多少?
14
解析：（1）对子弹、A，子弹穿入A过程，设共同速度为 v1，
由动量守恒： mv0 (m mA )v1 v1 2 m/s
v （2）对子弹、A与B相互作用，达到共同速度 2 过程
由动量守恒：
(m mA )v1 （mA mB m)v2
16
本节小结 一、模型解读与规律探究
结论：（1）两小球共速时，弹簧最短（或最 长）， 弹性势能最大，系统总动能最小。 结论：（2）弹簧恢复原长时，两球速度分别 达到极值 结论：（3）含弹簧类系统的速度-时间图像 必然是正弦(或余弦)曲线 。 四个重要分析：
状态分析，受力分析，过程分析，条件分析。
17
B．A的速度等于v时
C．B的速度等于零时 D．A和B的速度相等时
求这一过程中弹簧弹性势能的最大值（ B ）
A，
1 mv2 2
B，
1 mv2 4
小球接触弹簧整个过程
小球接触弹簧整个过程小球接触弹簧是一个非常经典的物理问题，它反映了弹簧的弹性特性以及小球与弹簧之间的相互作用过程。
在这个问题中，我们需要分析小球与弹簧之间的接触以及弹性势能的变化过程，从而求解小球的加速度、速度和位移等物理量。
首先，我们来分析小球接触弹簧的初态，假设小球的质量为m，速度为v0，弹簧的劲度系数为k。
在小球与弹簧接触之前，小球的动能为K1=1/2 mv0^2，弹簧的弹性势能为U1=0。
因此，系统总机械能为E1=K1+U1=1/2 mv0^2。
根据机械能守恒定律，系统总机械能在整个过程中保持不变，即E=E1。
因此，我们可以得到以下方程式：1/2 mv0^2=1/2 mv^2+1/2 kx^2化简得：接下来，我们需要考虑小球和弹簧之间的相互作用力。
在小球与弹簧接触的瞬间，小球受到向下的引力和向上的弹力，弹簧受到向上的弹力。
在接触后的过程中，小球所受到的弹力和重力始终保持平衡，因此小球的加速度等于0。
根据牛顿第二定律，我们可以得到以下关系：F=mamg-kx=m0其中m0为小球和弹簧同时向下的力，由于它们始终保持相等，可以忽略不计。
我们将上式改写成以下形式：v0^2-v^2=-2gx/k其中g为重力加速度。
这个方程式可以进一步化简为：这两个方程式分别描述了小球和弹簧间的相互作用过程中小球的速度和位移的变化。
我们可以通过这些方程式计算出小球的加速度、速度和位移等物理量。
在接触弹簧的过程中，弹簧会不断地变形，当小球与弹簧分离时，弹簧将恢复原状，释放出之前储存的弹性势能。
这个过程可以通过弹簧的恢复力来描述。
根据胡克定律，弹簧的恢复力与位移之间呈线性关系。
因此，在小球与弹簧分离的过程中，弹簧会通过向小球提供恢复力来减缓小球失去的动能。
总之，小球接触弹簧的过程涉及到多个物理量的变化，需要综合运用新研究力学、运动学、动力学等理论与方法进行分析。
通过对这些物理量的计算，我们可以更好地理解小球与弹簧间的相互作用过程，并为实际的物理问题提供理论基础和教学参考。
2024届高考物理一轮复习课件：弹性碰撞
弹性碰撞
一、动量守恒定律的判断和计算
二、动量守恒定律的应用之1——碰撞 1、碰撞 2、完全非弹性碰撞：子弹打木块模型 3、完全弹性碰撞： 4、弹簧模型(含2、3)
1、已知A、B两个钢性小球质量分别是m1、m2，小
球B静止在光滑水平面上，A以初速度v0与小球B
发生弹性碰撞，求碰撞后小球A的速度v1，物体B
【典例】 如图所示，在足够长的光滑水平面上，物体 A、B、C 位于同一直 线上，A 位于 B、C 之间．A 的质量为 m，B、C 的质量都为 M，三者均处于静止 状态．现使 A 以某一速度向右运动，求 m 和 M 之间应满足什么条件，才能使 A 只 与 B、C 各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性的．
2、质量为M的小车静止于光滑的水平面上，小车
的上表面和圆弧的轨道均光滑，如图所示，一个
质量为m的小球以速度v0水平冲向小车，当小球
返回左端脱离小车时，下列说法正确的是：
A．小球一定沿水平方向向左做平抛运动
B．小球可能沿水平方向向左作平抛运动
C．小球可能沿水平方向向右作平抛运动
D．小球可能做自由落体运动
小球A与地面的碰撞是弹性的，而且AB都是从同一高
度释放的，所以AB碰撞前的速度大小相等于设为v0， 根据机械能守恒有:
mA gH
1 2
mAv02
化简得: v0 2gH
设A、B碰撞后的速度分别为vA和vB，以竖直向上为
速度的正方向，根据A、B组成的系统动量守恒和动
能不变得:
mAv0 mBv0 mAvA mBvB
经典高三物理模型水平方向上的碰撞及弹簧模型 知识点分析
水平方向上的碰撞及弹簧模型［模型概述］在应用动量守恒、机械能守恒、功能关系和能量转化等规律考查学生的综合应用能力时，常有一类模型，就是有弹簧参与，因弹力做功的过程中弹力是个变力，并与动量、能量联系，所以分析解决这类问题时，要细致分析弹簧的动态过程，利用动能定理和功能关系等知识解题。
［模型讲解］一、光滑水平面上的碰撞问题例1. 在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A、B，质量都为m，现B球静止，A球向B球运动，发生正碰。
已知碰撞过程中总机械能守恒，两球压缩最紧时的弹性势能为EP，则碰前A球的速度等于（）A.B.C.D.解析：设碰前A球的速度为v0，两球压缩最紧时的速度为v，根据动量守恒定律得出，由能量守恒定律得，联立解得，所以正确选项为C。
二、光滑水平面上有阻挡板参与的碰撞问题例2. 在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”。
这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似，两个小球A和B用轻质弹簧相连，在光滑的水平直轨道上处于静止状态，在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P，右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球，如图1所示，C与B发生碰撞并立即结成一个整体D，在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变，然后，A球与挡板P 发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连，过一段时间，突然解除锁定（锁定及解除锁定均无机械能损失），已知A、B、C三球的质量均为m。
图1（1）求弹簧长度刚被锁定后A球的速度。
（2）求在A球离开挡板P之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。
解析：（1）设C球与B球粘结成D时，D的速度为v1，由动量守恒得当弹簧压至最短时，D与A的速度相等，设此速度为v2，由动量守恒得，由以上两式求得A的速度。
（2）设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为EP，由能量守恒，有撞击P后，A与D的动能都为零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转弯成D的动能，设D的速度为v3，则有以后弹簧伸长，A球离开挡板P，并获得速度，当A、D的速度相等时，弹簧伸至最长，设此时的速度为v4，由动量守恒得当弹簧伸到最长时，其势能最大，设此势能为EP”，由能量守恒，有解以上各式得。
经典高中物理模型--弹性碰撞模型及应用
弹性碰撞模型及应用弹性碰撞问题及其变形在是中学物理中常见问题，在高中物理中占有重要位置，也是多年来高考的热点。
弹性碰撞模型能与很多知识点综合，联系广泛，题目背景易推陈出新，掌握这一模型，举一反三，可轻松解决这一类题，切实提高学生推理能力和分析解决问题能力。
所以我们有必要研究这一模型。
(一) 弹性碰撞模型弹性碰撞是碰撞过程无机械能损失的碰撞，遵循的规律是动量守恒和系统机械能守恒。
确切的说是碰撞前后动量守恒，动能不变。
在题目中常见的弹性球、光滑的钢球及分子、原子等微观粒子的碰撞都是弹性碰撞。
已知A 、B 两个钢性小球质量分别是m 1、m 2，小球B 静止在光滑水平面上，A 以初速度v 0与小球B 发生弹性碰撞，求碰撞后小球A 的速度v 1，物体B 的速度v 2大小和方向解析：取小球A 初速度v 0的方向为正方向，因发生的是弹性碰撞，碰撞前后动量守恒、动能不变有：m 1v 0= m 1v 1+ m 2v 2 ①222211201212121v m v m v m += ② 由①②两式得：210211)(m m v m m v +-= ， 210122m m v m v += 结论：（1）当m 1=m 2时，v 1=0，v 2=v 0，显然碰撞后A 静止，B 以A 的初速度运动，两球速度交换，并且A 的动能完全传递给B ，因此m 1=m 2也是动能传递最大的条件；（2）当m 1＞m 2时，v 1＞0，即A 、B 同方向运动，因2121)(m m m m +- ＜2112m m m +，所以速度大小v 1＜v 2，即两球不会发生第二次碰撞；若m 1>>m 2时，v 1= v 0，v 2=2v 0 即当质量很大的物体A 碰撞质量很小的物体B 时，物体A 的速度几乎不变，物体B 以2倍于物体A 的速度向前运动。
（3）当m 1＜m 2时，则v 1＜0，即物体A 反向运动。
当m 1<<m 2时，v 1= - v 0，v 2=0 即物体A 以原来大小的速度弹回，而物体B 不动，A 的动能完全没有传给B ，因此m 1<<m 2是动能传递最小的条件。
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基本情景------小球落弹簧
如图所示，地面上竖立着一轻质弹簧，小球从其正上方某一高度处自由下落到弹簧上．从小球刚接触弹簧到弹簧被压缩至最短的过程中（在弹簧的弹性限度内），则
问题一：力与运动
A．合力（加速度）变大，速度变大
B．合力（加速度）变小，速度变大
C．合力（加速度）先变小后变大，速度先变大后变小
D．合力（加速度）先变大后变小，速度先变小后变大
题目目的解读与小结：
问题二：超重和失重
A．小球先处于失重后处于超重 B．小球一直处于失重状态
C．小球先处于超重后处于失重 D．小球反弹与弹簧脱离瞬间处于完全失重重状态
题目目的解读与小结：
问题三: 功能关系和能量守恒
(1)从功能关系角度解释以下问题
①．小球的动能先增大后减少——
②．弹簧的弹性势能逐渐增大——
③．小球的重力势能逐渐减少——
(2)从能量守恒角度回答以下问题
①．小球重力势能和弹簧弹性势能的总和如何变化
②．小球动能和弹簧弹性势能的总和如何变化
③．小球动能和重力势能总和如何变化
④．小球重力势能的减少量与弹簧弹性势能的增加量谁大
题目目的解读与小结：
问题四：动量定理
1.小球从最高点开始下落至弹簧到最低点的过程中，弹簧对小球的冲量与重力的冲量哪个大
2．小球从接触弹簧开始至弹簧到最低点的过程中，弹簧对小球的冲量与重力的冲量哪个大
题目目的解读与小结：
等效模型练习
1.如图所示，一轻质弹簧左端固定在墙上，右端系一质量为m的木块，放在水平地面上，木块在B点时弹簧无形变。
今将木块向右拉至A点，由静止释放后，木块运动到C点速度变为零，
①若木块与水平地面的动摩擦因数为零，分析木块从A运动到C的过程中加速度、速度如何变化
②若木块与水平地面的动摩擦因数恒定，分析木块从A运动到C的过程中加速度、速度如何变化
C B A
2．“蹦极”是一项非常有意义的体育运动，某人身系弹性绳自高空P点自由下落，a点是弹性绳
的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地吊着的平衡位置，人在从P点落下到最低点
的过程中（）
A．从P到a运动过程中，人处于完全失重状态
B.从a到b运动过程中，人处于失重状态
C.从b到c运动过程中，人处于超重状态
D.若人在绳的弹力作用下可以向上运动，则从c向b运动过程中，人处于超重状态
3.一升降机在箱底装有若干个弹簧，如图所示。
设在一次事故中，升降机的吊索在空中断裂，忽略摩擦力，则升降机从弹簧下端触地直到最低点的过程中（）
A．升降机的加速度不断增大
B．先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹力做的负功大于重力做的正功，
弹力做的负功总值等于重力做的正功总值
C．先是弹力做的负功小于重力做的正功，然后是弹力做的负功大于重力做的正功，
弹力做的负功总值大于重力做的正功总值
D．升降机重力势能减小,弹性势能增加,重力势能和弹性势能之和保持不变
4.应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。
例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出。
对此现象分析正确的是A．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态
B．手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态
C．在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度
D．在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度
5..一粒钢珠从静止状态开始自由下落,然后陷入
泥潭中.若把在空中下落的过程称为过程Ⅰ,进入泥潭直到停住的过程称为过程Ⅱ,则( )
A.过程Ⅰ中钢珠动量的改变量等于重力的冲量;
B.过程Ⅱ中阻力的冲量的大小等于过程Ⅰ中
重力冲量的大小;
C.过程Ⅱ中钢珠克服阻力所做的功等于过程Ⅰ与过程Ⅱ中钢珠所减少的重力势能之和;
D.过程Ⅱ中损失的机械能等于过程Ⅰ中钢珠所增加的动能.。