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对一道弹簧振子问题的讨论

2018-01-29田柯

高中生学习·高三版 2017年12期
关键词:物理质量

田柯

有这样一道题:如图1所示,一轻弹簧一端固定,另一端连接一物块构成弹簧振子,该物块是由a、b两个小物块粘在一起组成的。物块在光滑水平面上左右振动 ,振幅为A0,周期为T0。当物块向右通过平衡位置时,a、b之间的粘胶脱开;以后小物块a振动的振幅和周期分别为A和T,则

A A0(填“>”“<”“=”);

T T0(填“>”“<”“=”)。

看到其中第二问是求T和T0的定性关系,我拿到题目首先想到直接用弹簧振子的振动周期公式[T=2πmk],当物块a与b在平衡位置分离后,振子的质量减小,其他量均不发生变化,很容易得到T

但问题是,在物理课标的要求中,弹簧振子的周期公式不要求我们知道,教材中也没有出现过,所以我又有点怀疑这一设问是不是超綱了?

经过查找资料,更进一步分析,我发现其实不用弹簧振子的周期公式仍然可得出正确结果。步骤如下:

首先建立物理模型。原题是一个轻弹簧拖动一个物体,物体质量发生一次变化。可以视为完全相同的两根弹簧(或同一弹簧)分别拖动两个质量不同的物体。我们把题目中的“小物块a与b粘合在一起时”(质量为m1)设为弹簧振子1,把“小物块a与b脱离开后”(仅a作为振子,质量为m2)设为弹簧振子2,两振子的轻弹簧是完全一样的。如图2所示。[弹簧振子1][弹簧振子2][图2] [a][a][b]

原题是弹簧振子通过原长位置时发生质量变化,可视为,弹簧振子1和2以相同的速度同时通过平衡位置,此刻开始计时,此后经过T/4,两振子各自达到最大位移,分别比较二者所对应的时间及位移即可回答题目所问。

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