15-8双振子模型
弹簧振子周期公式推导过程
弹簧振子周期公式推导过程弹簧振子周期公式推导过程弹簧振子是物理学中最经典的动力学系统之一，它在物理课程中被广泛使用，它也是物理实验中最常用的实验系统之一。
在弹簧振子系统中，一个物体被弹簧连接，并在其自身重力场中进行振荡，从而形成一个特定的振荡周期，称为弹簧振子周期。
在本文中，我们将推导出弹簧振子周期的公式，并讨论其中的物理原理。
一、弹簧振子物理模型弹簧振子的物理模型可以用一个物体和一个弹簧来描述，物体受到重力的作用而进行振荡，弹簧受力而发生压缩和拉伸。
弹簧振子的动力学模型可以用欧拉法来描述：物体受到重力和弹簧的力作用，以及摩擦力的作用，用欧拉法进行求解。
二、欧拉方程弹簧振子的动力学模型可以用欧拉方程来描述：$$\frac{d^2 x}{dt^2} = - \frac{kx}{m} - \frac{b}{m}\frac{dx}{dt} - g$$其中，x为物体的位置，k为弹簧的弹性系数，m为物体的质量，b为摩擦系数，g 为重力加速度。
三、特殊解析解在没有摩擦力的情况下，即摩擦系数b=0时，欧拉方程可以简化为：$$\frac{d^2 x}{dt^2} = - \frac{kx}{m} - g$$此时，可以对欧拉方程求特殊解析解：$$x=A \cos \omega t + B \sin \omega t$$其中，A和B是任意常数，$\omega$是振子的角频率，可以由以下公式计算：$$\omega = \sqrt{\frac{k}{m} + g}$$四、弹簧振子周期由特殊解析解可知，弹簧振子的振荡周期为：$$T = \frac{2\pi}{\omega} = \frac{2\pi}{\sqrt{\frac{k}{m} + g}}$$上式即为弹簧振子周期的公式，表明弹簧振子周期与弹簧的弹性系数、物体的质量以及重力加速度有关。
五、物理原理从物理角度来看，弹簧振子的振荡周期是由物体的质量和弹簧的弹性系数以及重力加速度决定的，即质量越大，弹簧的弹性系数越大，重力加速度越大，则弹簧振子的振荡周期越短。
_弹簧双振子模型_在物理竞赛中的应用_王建峰
振动周期都是 T = 2 P
建立如图 2 所示的坐标系 , 即以质心为坐标 原点, 向右为正方向。 在任意时刻 t, A 相对质心 的位置 mB x1 = l 0 + A cos ( 2 P t+ U )。 m A + mB T A 为简谐振 动的振幅, 大小 为 m S, U m A + mB 为初相位。 通过参考圆可求得 x 1 随时间的变化 率即速度 2P 2P v 1 = - A ( ) sin( t + U )。 T T 现已知在 t = 0 时刻 , A 位于初始位置, mB mB x0 = l0 + S, m A + mB m A + mB
别为 m A 和 m B 的两物块 A 和 B , A、 B 可视 为质 点 , 用一根劲度系数为 k 的轻质弹簧连接起来, 放 在光滑水平面上 , 弹簧原长为 l 0 。 可以将 A 、 B和 弹簧组成的系统装置称为/ 弹簧双振子模型0 。 该 模型在近几年的全国中学生物理竞赛中屡屡出 现 , 从反馈情况来看失分是相当严重的。 究其原 也使学生勇于对老师讲过的、 对教材上给出的结 论大胆质疑, 不迷信权威 , 通过科学的分析和探 究实验 , 解决学习中的疑难 ; 并在探究过程中 , 学 习科学探究方法 , 发展初步的科学探究能力, 形 成探索真理的科学态度。 题目 3 1 小松在做/ 连接串联电路0 的实验 中 , 不慎把电路中一个灯泡的玻璃打碎了。 此时 , 她惊奇的发现 : 这个小灯泡几乎不发光, 可与其 串联的小灯泡不仅没熄灭 , 反而更亮了。 小松对 此产生了疑问: ( 1) 玻璃碎了以 后, 小灯泡仍有 电流通过 , 灯丝却几乎不发光, 那么玻璃外壳究竟起什么作 用呢? 请说出你的看法。 ( 2) 完好的小灯泡亮度的变 化与哪些因素 有关? 请你提出一种猜想 , 并设计一种验证你猜 想的实验方案。 参考答案 ( 1) 外壳破碎 , 由于散热, 使灯 丝温度降低, 达不到发光状态而无法发光, 所以 以外壳可以减少散热, 提高灯丝温度 , 有利于发 光。 ( 2 ) 猜想: 完好小灯泡的亮度是否与损坏小 灯泡电阻大小的变化有关? 方案: a 1 将外壳破碎 的小灯泡与完好的小灯泡串联在电路中 , 用电流 表测出外壳破碎的小灯泡电流 I 1 , 用电压表测出 其两端电压 U1 , 计算出电阻为 R 1 。 b1 用与外壳 破碎的规格相同的小灯泡将它换下 , 再与完好的 小灯泡串联在原电路中, 用电流表测出换上小灯
非惯性系中的
非惯性系中的“弹簧双振子模型”浙江省海盐元济高级中学（314300） 王建峰 魏俊枭一、“弹簧双振子模型”的含义如图一所示，质量分别为m A 和m B 的两物块A 和B ，A 、B 可视为质点，用一根劲度系数为k 的轻质弹簧连接起来，放在光滑水平面上，弹簧原长为0l 。
可以将A 、B 和弹簧组成的系统装置称为“弹簧双振子模型”。
该模型在近几年的全国中学生物理竞赛中屡屡出现，从反馈情况来看失分是相当严重的。
究其原因它不但涉及力与运动、动量与能量等物理知识，而且物理过程复杂、运动情景难以想象，对学生分析、解决问题的能力提出了较高的要求。
因此，帮助学生认清该模型的特点，掌握分析该模型的一般方法，并能够适当地变式处理此类问题，无疑对参加全国中学物理竞赛有很大的帮助。
二、非惯性系中的“弹簧双振子模型”牛顿运动定律不成立的参照系称为非惯性系。
非惯性系相对惯性系必然做加速运动或旋转运动。
为了使牛顿运动定律在非惯性中也能使用，可人为地引入一个惯性力。
如果非惯性系相对惯性系有平动加速度a ，那么只要认为非惯性系中的所有物体都受到一个大小为ma 、方向与a 的方向相反的惯性力，牛顿运动定律即可成立。
如果非惯性系相对惯性系有转动加速度，也可引进惯性离心力和科里奥利力，这两个力不仅与非惯性系的转动角速度有关，还与研究对象的位置和运动速度有关，在此对转动情况不作讨论。
下面就“弹簧双振子模型”在非惯性系（只有平动加速度）中的运动规律作一些简单探讨。
[情景]：如图二所示，在一个劲度系数为 k 的轻质弹簧（两端绝缘）分别拴着荷质比为AA mq 与荷质比为BBm q 的两个带正电的小球，且AAmq =BBm q ，系统置于光滑水平面，处在水平的匀强电场中，电场强度为E ，A 端用细线拴住，系统处于静止状态，此时弹簧长度为l ，弹簧原长0l 。
现将细线烧断，试确定A 、B 在任意时刻的所处位置。
（A 、B 两球的相互作用力忽略不计）[解析]：①以质心为参考系（质心系），则质心C 是静止的，连接A 、B 的弹簧仍可以看成两断，左边一段原长为01l m m m lBA B AO+=，劲度系数为kmm m BAB+；右边一段原长为01l m m m lBA A BO+=，劲度系数为kmm mAAB +；振动周期都是)(2BABA mmk m m T+=π。
弹簧振子模型解题赏析
OAD h m 弹簧振子模型解题赏析弹簧振子问题中涉及力和位移、力和运动、功和能等关系问题，能很好的考查学生对相关知识点的掌握及分析问题的能力以及迁移能力。
基本知识点：（1）平衡位置处合力为零，加速度为零，速度达到最大。
（2）正负最大位移处合力最大，加速度最大且方向相反，速度为零。
（3）振动过程具有对称性 1.如图，在一直立的光滑管内放置一劲度系数为k 的轻质弹簧，管口上方O 点与弹簧上端初位置A 的距离为h ，一质量为m 的小球从O 点由静止下落，压缩弹簧至最低点D ，弹簧始终处于弹性限度内，不计空气阻力。
小球自O 点下落到最低点D 的过程中，下列说法中正确的是A ．小球最大速度的位置随h 的变化而变化B ．小球的最大速度与h 无关C ．小球的最大加速度大于重力加速度D ．弹簧的最大压缩量与h 成正比答案：C 【解析】：小球从O 到A 做自由落体运动，刚接触弹簧时加速度为g 且有一定的速度，此后弹力逐渐增大合力逐渐减小，小球做加速度减小的加速运动，直至弹力与重力相等时速度达到最大故最大速度的位置为平衡位置与初始高度h 无关故A 错误。
因系统的机械能守恒故初始高度h 越大其最大速度越大故B 错误。
若小球从A 处由静止下落则初速度为零加速度为g 由对称性可知其最低点比D 点要高，此时加速度最大为g 方向向上；而此问题小球下落到A 时已有一定的速度故运动到最低点D 时其最大加速度要比重力加速度大，故C 正确。
最大压缩量与h 有关但不成正比故D 错误。
2．如图2所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，从接触弹簧开始到将弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述中正确的是( )A ．小球的速度一直减小B ．小球的加速度先减小后增大C ．小球加速度的最大值一定大于重力加速度D ．在该过程的位移中点上小球的速度最大 图2答案：BC 【解析】：小球接触弹簧后，所受弹力逐渐增大，弹力大于重力时，小球加速度向下，仍加速．当弹力大于重力，合力向上，小球向下减速运动，加速度变大，速度变小，直到速度为零，可知BC 正确．3．如图所示，轻质弹簧上端悬挂于天花板，下端系有质量为M 的圆板，处于平衡状态．开始一质量为m 的圆环套在弹簧外，与圆板距离为h ，让环自由下落撞击圆板，碰撞时间极短，碰后圆环与圆板共同向下运动，使弹簧伸长。
“弹簧双振子模型”在物理竞赛中的应用
“弹簧双振子模型”在物理竞赛中的应用简谐运动在高中阶段的物理学习中占据重要地位，其中“弹簧双振子模型”是师生共同面对的较为艰深的问题，出错率较高，在物理竞赛中是重要的考点。
“弹簧双振子模型”是简谐运动的理想模型。
该模型在运动过程中，设计机械能转化、动量、周期性变化等内容，是物理竞赛中频繁出现的知识，目的就是为了考验参赛者对于各部分知识的综合运用能力。
笔者将在下文探讨“弹簧双振子模型”的含义以及该模型在物理竞赛中的应用。
标签：弹簧双振子模型；物理竞赛；应用；动量；机械能一、“弹簧双振子模型”的含义振动是自然界中常见的物理现象，物理教学中对于振动部分的教学，一般将其提炼为质点沿弹簧方向振动的模型进行讨论。
实际生活中，较为理想的影响因素较少的简谐运动并不常见，质点除了在弹簧方向的振动以外，还会受到不同方向外力影响。
例如两个孩子手拉手在冰面上活动，冰面情况不可能为理想的阻力为零的情况。
对于这类问题，可以建立弹簧双振子模型进行研究，讨论其在其他方向的小振幅振动。
“弹簧双振子模型”一般由一个弹簧与两个振子组成。
振子质量远远大于弹簧质量，研究模型时忽略弹簧质量对模型的影响。
弹簧对振子产生的力为变力，力随着弹簧拉升压缩不停变化，振子运动遵循胡克定律，为简谐运动。
如果力是一直变化的，那么运用牛顿力学定律解决问题则不太实用，经典力学所需条件较为理想，采用动量守恒与能量守恒部分知识更容易解决弹簧双振子模型的问题。
近年来的物理竞赛频频出现“弹簧双振子模型”相关问题，表明了竞赛思想在于锻炼学生知识综合运用能力。
二、高中物理中弹簧特性在高中物理阶段，弹簧的弹力是变力，弹簧产生的弹力遵循胡克定律：F=-kx。
其中x是弹簧形变的大小而非弹簧的位移，符号表示的是弹簧的弹力与形变方向是相反的。
中学阶段，学生已经学习了势能知识，弹簧具有弹性势能，弹性势能的表达式为对于量是没有要求的，这就要求在高中物理阶段需要定量探讨弹簧问题，需要通过动量守恒、能量守恒等知识来进行量化。
弹簧振子模型
弹簧振子模型弹簧振子是一个常见的物理学模型，也是振动学的基础。
它是由质点和弹簧组成的系统，当质点或弹簧受到扰动时，整个系统会发生振动。
弹簧振子模型的研究不仅有助于我们理解振动现象的规律，还可以应用于多个领域，如机械工程、物理学及生物学等。
首先，让我们来了解一下弹簧振子的基本结构。
弹簧振子由一个质点和一个弹簧组成。
质点可以视作一个质量为m的小球，可以假设质点只能在一个维度上运动。
弹簧则被固定在一个支撑物上，它的一端与质点相连。
当质点偏离平衡位置时，弹簧会受到拉伸或压缩的作用力。
在弹簧振子中，存在着几个重要的物理量。
首先是质点的位移x，它表示质点相对于平衡位置的偏移量。
位移可以是正的（表示偏离平衡位置的方向），也可以是负的（表示朝向平衡位置的方向）。
其次是质点的速度v，它表示质点单位时间内通过的位移。
最后是质点的加速度a，它表示质点单位时间内速度的变化率。
在弹簧振子模型中，最关键的是描述质点的运动方程。
根据牛顿第二定律，质点的加速度等于它所受到的合力除以质量，即a=F/m。
在弹簧振子中，质点所受到的合力可以分为两部分：恢复力和阻尼力。
恢复力的大小与质点的位移成正比，方向与位移相反。
这个恢复力可以由弹簧的胡克定律来描述：F=-kx，其中k为弹簧的劲度系数。
阻尼力的大小与质点的速度成正比，方向与速度相反。
阻尼力可以由阻力系数b乘以质点的速度来描述：F=-bv。
将这些力代入到质点的运动方程中，可以得到弹簧振子的动力学方程：m*d²x/dt²=-kx-bv。
解决这个动力学方程可以得到弹簧振子的运动方程。
常见的解法包括分析法和数值模拟法。
在分析法中，我们可以通过假设解的形式，将动力学方程转化为微分方程，然后求解微分方程得到质点的位移关于时间的函数。
在数值模拟法中，我们可以使用数值计算的方法，例如欧拉方法或龙格-库塔方法，来逼近弹簧振子的运动方程的解。
这些方法能够在计算机上进行模拟，并给出近似解。
机械振动与谐振子模型
机械振动与谐振子模型振动是物体围绕平衡位置进行往复运动的现象，它广泛应用于科学研究和工程实践中。
机械振动作为一种常见的振动形式，可以通过谐振子模型进行描述和分析。
首先，让我们来了解一下什么是谐振子模型。
谐振子模型是指一个系统在外力作用下，能够响应并产生频率与外力相同的振动。
在谐振子模型中，系统的振动是围绕平衡位置进行的，并且存在一种力的恢复机制，使得系统能够不断向平衡位置回复。
谐振子模型最常见的例子是弹簧振子，即一个质点通过弹簧与一个固定点相连接。
当外力作用于质点时，弹簧产生的恢复力与质点的位移成正比，符合胡克定律。
这样，质点在弹簧的作用下会发生振动，频率与外力的频率相同，而且振动的大小与外力的振幅有关。
除了弹簧振子，谐振子模型还应用于其他多种振动系统，如简谐摆、钟摆等。
这些系统的振动都可以通过谐振子模型进行描述，并且具有相似的特征。
例如，在简谐摆中，重物的位移与重力的恢复力成正比，而在钟摆中，则是重物的位移与拉力的恢复力成正比。
谐振子模型的重要性在于它对振动现象的描述和理解提供了简单而有效的工具。
通过谐振子模型，我们可以计算振动的频率、周期、振幅等参数，从而对振动系统进行分析和优化。
在工程实践中，谐振子模型被广泛应用于结构强度计算、振动控制以及共振现象的预测。
然而，谐振子模型也有其局限性。
在现实世界中，许多振动系统并不完全符合谐振子模型的假设。
例如，在摩擦力和阻力的存在下，振动系统的能量会逐渐耗散，振动的幅度会减小。
此外，外部扰动和非线性效应也会影响振动系统的行为，使其远离理想的谐振子模型。
为了更准确地描述和分析振动系统，研究者们提出了更加复杂的模型和方法，如阻尼振动模型、非线性振动模型等。
这些模型可以更好地解释和预测实际振动系统的行为，但也增加了计算和分析的复杂性。
总结一下，机械振动与谐振子模型密切相关，谐振子模型为我们理解和分析振动现象提供了简单而有效的工具。
然而，在实际应用中，我们也要考虑到振动系统的实际情况，运用更加复杂的模型和方法进行分析。
高中物理100个模型详解(一)
高中物理100个模型详解(一)高中物理100个模型1. 引言高中物理是一门理论与实践相结合的学科，其中的物理模型是理解和应用物理概念的重要工具。
本文将介绍高中物理中的100个模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域。
光学模型1.光的直线传播模型：光在均匀介质中沿直线传播。
2.光的反射模型：光在平滑表面上遵循入射角等于反射角的规律。
3.光的折射模型：光从一种介质传播到另一种介质时会发生折射。
4.光的色散模型：不同频率的光在介质中传播速度不同，导致折射角发生变化。
5.光的干涉模型：两束同频率相干光叠加时会出现干涉条纹。
力学模型1.牛顿第一定律模型：物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动。
2.牛顿第二定律模型：物体的加速度与作用于它的合力成正比，与物体质量成反比。
3.弹簧振子模型：弹簧的振动可以用简谐振动模型描述。
4.滑动摩擦力模型：物体在表面上滑动时受到的摩擦力与物体质量和表面摩擦系数成正比。
5.空气阻力模型：物体在空气中运动时受到的阻力与运动速度成正比。
热学模型1.热传导模型：热量从高温区域传递到低温区域。
2.热辐射模型：热能通过辐射传递。
3.理想气体状态方程模型：PV=nRT，描述了理想气体的状态。
4.内能变化模型：物体的内能改变等于吸收或释放的热量与对外做功的和。
5.相变模型：物质在不同温度下的相变过程。
电磁学模型1.电场模型：电荷在空间中产生电场。
2.磁场模型：电流在空间中产生磁场。
3.感生电动势模型：磁场的变化可以引起电动势的感应。
4.电阻模型：电流通过导体时会产生电阻，导致电能转化为热能。
5.麦克斯韦电磁场方程模型：描述了电磁场的生成和传播规律。
结论物理模型在高中物理学习中起到了重要的作用，帮助学生更好地理解和应用物理概念。
本文介绍了一百个高中物理模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域的内容。
这些模型不仅仅是理论的工具，同时也是实践中验证和应用物理知识的基础。
希望这些模型能够帮助读者更好地学习和理解高中物理知识。
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专题15—8 弹簧双振子模型结论例：在光滑水平长直轨道上，放着一个静止的弹簧振子，它由一轻弹簧两端各联结一个小球构成，两小球质量相等，现突然给左端小球一个向右的速度V ，试分析从开始运动到弹簧第一次恢复原长这一过程中两球的运动情况并求弹簧第一次恢复到自然长度时，每个小球的速度？ [析与解]：刚开始，A 向右运动，B 静止，A 、B 间距离减小，弹簧被压缩，对两球产生斥力，相当于一般意义上的碰撞，此时A 动量减小，B 动量增加。
当两者速度相等时，两球间距离最小，弹簧形变量最大。
接着，A 、B 不会一直做匀速直线运动，弹簧要恢复原长，对两球产生斥力，A 动量继续减小，B 动量继续增加。
所以，到弹簧第一次恢复原长时，A 球动量最小，B 球动量最大。
在整个过程中，系统动量守恒，从开始到第一次恢复原长时，弹簧的弹性势能均为零，即系统的动能守恒。
A B mv mv mv =+222111222A B mv mv mv =+ 解得： A v v =0B v = （这组解即为刚开始两个物体的速度） 或 0A v =B v v = （此组解为弹簧第一次恢复原长时两个物体的速度）例1．图6所示，在光滑的水平面上，物体A 跟物体B 用一根不计质量的弹簧相连，另一物体C 跟物体B 靠在一起，但不与B 相连，它们的质量分别为m A =0．2 kg ，m B =m C =0．1 kg ．现用力将C 、B 和A 压在一起，使弹簧缩短，在这过程中，外力对弹簧做功7．2 J ．然后，由静止释放三物体．求：(1)弹簧伸长最大时，弹簧的弹性势能．(2)弹簧从伸长最大回复到原长时，A 、B 的速度．(设弹簧在弹性限度内)2．木块a 和b 用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a 的质量1kg 紧靠在墙壁上，在质量为2kg 的b 上施加向左的水平力使弹簧压缩，储存36J 的势能，如图1所示，当撤去外力后，al 离开墙壁后弹簧的最大势能是多少？图6AB C v例3．如图8所示，木块B 和木块C 的质量分别为3/4M 和M ，固定在长为L ，劲度系数为k 的弹簧的两端，静止于光滑的水平面上。
一质量为1/4M 的木块A 以速度v 水平向右与木块B 对心碰撞并粘在一起运动，求弹簧达到最大压缩量时的弹性势能。
例4、两物块A 、B 用轻弹簧相连，质量均为2 kg ，初始时弹簧处于原长，A 、B 两物块都以v ＝6 m ／s 的速度在光滑的水平地面上运动，质量4 kg 的物块C 静止在前方，如图所示。
B 与C 碰撞后二者会粘在一起运动。
求在以后的运动中： （1）当弹簧的弹性势能最大时，物块A 的速度为多大?（2）系统中弹性势能的最大值是多少?例5如图2－4－6所示，光滑的水平面上有m A =2kg ，m B = m C =1kg 的三个物体，用轻弹簧将A 与B 连接．在A 、C 两边用力使三个物体靠近，A 、B 间的弹簧被压缩，此过程外力做功72 J ，然后从静止开始释放，求： （1）当物体B 与C 分离时，B 对C 做的功有多少？（2）当弹簧再次恢复到原长时，A 、B 的速度各是多大？例6 如图所示，质量为M 的水平木板静止在光滑的水平地面上，板在左端放一质量为m 的铁块，现给铁块一个水平向右的瞬时冲量使其以初速度V 0开始运动，并与固定在木板另一端的弹簧相碰后返回，恰好又停在木板左端。
求：⑴整个过程中系统克服摩擦力做的功。
⑵若铁块与木板间的动摩擦因数为 ，则铁块对木块相对位移的最大值是多少？ ⑶系统的最大弹性势能是多少？例7．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mM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v射向B球，如图所示，C与B发生碰撞并立即结成一个整于轨道的固定挡板P，右边有一小球C沿轨道以速度体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。
(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。
例8．如图4所示，在光滑水平长直轨道上，A、B两小球之间有一处于原长的轻质弹簧，弹簧右端与B球连接，左端与A球接触但不粘连，已知，开始时A、B均静止。
在A球的左边有一质量为的小球C以初速度向右运动，与A球碰撞后粘连在一起，成为一个复合球D，碰撞时间极短，接着逐渐压缩弹簧并使B球运动，经过一段时间后，D球与弹簧分离（弹簧始终处于弹性限度内）。
图4（1）上述过程中，弹簧的最大弹性势能是多少？（2）当弹簧恢复原长时B球速度是多大？（3）若开始时在B球右侧某位置固定一块挡板（图中未画出），在D球与弹簧分离前使B球与挡板发生碰撞，并在碰后立即将挡板撤走，设B球与挡板碰撞时间极短，碰后B球速度大小不变，但方向相反，试求出此后弹簧的弹性势能最大值的范围。
例9. 用轻弹簧相连的质量均为2kg 的A 、B 两物块都以的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量为4kg 的物体C 静止在前方，如图3所示，B 与C 碰撞后二者粘在一起运动。
求：在以后的运动中，图3（1）当弹簧的弹性势能最大时物体A 的速度多大？ （2）弹性势能的最大值是多大？ （3）A 的速度有可能向左吗？为什么？★质量为m 的小球B 与质量为2m 的小球C 之间用一根轻质弹簧连接，现把它们放置在竖直固定的内壁光滑的直圆筒内，平衡时弹簧的压缩量为x 0，如图所示，设弹簧的弹性势能与弹簧的形变量（即伸长量或缩短量）的平方成正比。
小球A 从小球B 的正上方距离为3x 0的P 处自由落下，落在小球B 上立刻与小球B 粘连在一起向下运动，它们到达最低点后又向上运动。
已知小球A 的质量也为m 时，它们恰能回到O 点（设3个小球直径相等，且远小于x 0,略小于直圆筒内径），问小球A 至少在B 球正上方多少距离处自由落下，与B 球粘连后一起运动，可带动小球C 离开筒底。
1．1解析：(1)在水平方向上因不受外力，故动能守恒．从静止释放到恢复原长时，物体B 、C 具有相同的速度v BC ，物体A 的速度为v A ，则有：m A v A +(m B +m C )v BC =0 由机械能守恒得： E 弹=21m A v Ａ２+21 (m B +m C )v BC ２3x 0x 0OABC解得：v A =6(m/s),v BC =-6 m/s(取水平向右为正)．此后物体C 将与B 分开而向左做匀速直线运动．物体A 、B 在弹簧的弹力作用下做减速运动，弹簧被拉长，由于A 的动量大，故在相同的冲量作用下，B 先减速至零然后向右加速，此时A 的速度向右且大于B 的速度，弹簧继续拉伸，直至A 、B 速度相等，弹簧伸长最大，设此时A 、B 的速度为v ．由水平方向动量守恒可列式： m A v A +m B v BC =(m A +m B )v 由机械能守恒可列式：21 m A v Ａ２+21 m B v BC ２=21 (m A +m B )v ２+E 弹′ 解得：v =2 m/s,E 弹′=4．8 J(2)设弹簧从伸长最大回到原长时A 的速度为v 1，B 的速度为v 2，由动量守恒可列式： (m A +m B )v =m A v 1+m B v 2 由机械能守恒又可列式：21 (m A +m B )v ２+E 弹′=21 m A v １２+21m B v ２２解得：v 1=-2 m/s(v 1=6 m/s 舍去)；v 2=10 m/s(v ２=-6 m/s 舍去)此时A 向左运动，速度大小为2 m/s ；B 向右运动，速度大小为10 m/s ． 答案：（1）4．8 J （2）v A =2 m/s,v B =10 m/s4解析：(1)当A 、B 、C 三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大. 由A 、B 、C 三者组成的系统动量守恒，()()A B A B C ABC m m v m m m v +=++ (2分)解得 (22)6/3/224ABC v m s m s +⨯==++(2分)(2)B 、C 碰撞时B 、C 组成的系统动量守恒，设碰后瞬间B 、C 两者速度为BC v ，则 m B v =(m B +m C ) BC v BC v =4262+⨯=2 m/s （2分） 设物ＡＢＣ速度相同时弹簧的弹性势能最大为E p ，根据能量守恒E p =21(m B +m C )2BC v +21m A v 2-21(m A +m B +m C ) 2ABC v =21×(2+4)×22+21×2×62-21×(2+2+4)×32=12 J (4分)5解：（1）当弹簧恢复原长时，B 与C 分离，0=m A v A －（m B +m c ）v C ①，E P =221A A v m +2)(21C C B v m m +②，对C 由动能定理得W =221C C v m －0③，由①②③得W =18J ，v A =v C =6m/s ．（2）取A 、B为研究系统，m A v A －m B v C = m A v A ’ +m B v C ’，221A A v m +221C B v m =21 m A v A ’2+21 m B v C ’2， 当弹簧恢复到原长时A 、B 的速度分别为：，v A =v B =6m/s 或v A =-2m/s ， v B =10m/s ．7．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。
8答案：（1）设C 与A 相碰后速度为v1，三个球共同速度为v2时，弹簧的弹性势能最大，由动量守恒，能量守恒有：（2）设弹簧恢复原长时，D 球速度为 ，B 球速度为则有（3）设B 球与挡板相碰前瞬间D 、B 两球速度与挡板碰后弹性势能最大，D 、B 两球速度相等，设为9解析：（1）当A 、B 、C 三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大，由于A 、B 、C 三者组成的系统动量守恒，有解得：（2）B 、C 碰撞时B 、C 组成的系统动量守恒，设碰后瞬间B 、C 两者速度为，则设物块A 速度为vA 时弹簧的弹性势能最大为EP ，根据能量守恒（3）由系统动量守恒得设A 的速度方向向左，，则则作用后A 、B 、C 动能之和实际上系统的机械能根据能量守恒定律，是不可能的。