物理小模型制作方法视频(物理小模型制作方法图片)

轻绳特点

轻绳模型的建立

轻绳或细线的质量可以忽略不计。轻绳是软的，不能产生侧向力，只能产生沿绳方向的力。其刚度系数大到认为受力时变形极小，视为不可延伸。

轻绳模型的特点

①轻绳各处受力相等，拉力方向沿绳；

②轻绳不能拉伸；

(3)当轻绳连接的系统与轻绳发生碰撞时，系统机械能损失；

④轻绳的弹性会突然变化。

光棒特性

光棒模型的建立

光杆的重量可以忽略不计。光杆比较硬，能产生侧向力。其刚度系数大到认为受力时变形极小，视为不可延伸或可压缩。

光棒模型的特点

(1)光杆各处受力相等，其受力方向不一定沿杆的方向；

②光杆不能拉伸或压缩；

③光杆的弹力是拉力或压力。

轻弹簧特性

轻弹簧模型的建立

轻弹簧可以压缩或拉伸，其弹力与弹簧的伸长或缩短有关。

轻弹簧的特性

(1)轻弹簧各处受力相等，方向与弹簧变形方向相反；

②弹力为F=kx，其中k为弹簧的刚度系数，x为弹簧的伸长量或缩短量；

③弹簧的弹力不会突然变化。

特别提醒:

橡皮筋和轻弹簧很像，只是不能压缩！

或者以恒定的速度移动。

1.如图，用一根轻绳把一个质量为M的球挂在车顶。当小车静止或匀速直线运动时，求绳子对球的力的大小和方向。

解析:当汽车静止或匀速直线运动时，球静止或匀速直线运动。根据平衡条件，绳子对球的弹力为F=mg，方向沿绳子向上。

如果把轻绳换成轻弹簧，结果是一样的。

2.如图，小车上有一根弯曲的光杆，杆的下端固定一个质量为M的球。当小车静止或匀速直线运动时，求杆对球施加的力的大小和方向。

解析:以球为研究对象，可知球受杆的弹力和重力作用，由图中所示的平衡条件可知球所受的力。可以看出，杆对球的弹力为F=mg，方向与重力方向相反，即垂直向上。

注意:这里，杆对球施加的力的方向不是沿着杆的方向。

匀速直线运动

3.如图，用一根轻绳将一个质量为M的球挂在小车顶部。当小车向左匀加速直线运动时，求轻绳对球的力的大小和方向。

分析:以小球为研究对象进行受力分析，如图。根据球的匀加速直线运动，可以得到垂直方向的Fcosθ=mg

在水平方向，Fsinθ=ma

解决方案:

轻绳对球的作用力随着加速度的增加而增加。它的方向是沿着绳子，与垂直方向的夹角为θ。

4.如果把上题中的轻绳换成固定的轻杆，当小车以匀加速A向左直线运动时，求杆对球的作用力的大小和方向。

解析:如图所示，球受重力和杆施加的弹力F的作用，随小车匀速直线向左运动。

在垂直方向，Fcosθ=mg

在水平方向，Fsinθ=ma

解决方案:

从解中可以看出，光棒对球的作用力随着加速度的增大而增大，其方向不一定跟随棒的方向，而是随着加速度的变化而变化。只有当a=gtanθ时，F才是沿着杆的方向。

弹性的突然变化

轻绳的弹力会突然变化，但弹簧的弹力不会突然变化。

5.如图，如果球在细线OB和水平细线AB的作用下处于静止状态，那么球在切割水平细线的瞬间的加速度是多少？方向是什么？

分析:如图所示，在球被剪切之前对其施加应力，这可以从平衡条件中获得。

F=mg/cosθ

T=mgtanθ

当水平螺纹AB被剪断时，由于螺纹OB的限制，球不能向OB方向运动，所以球只能向与OB垂直的方向运动，也就是说球上的重力。此时的作用是拉动绳子，沿着垂直绳子的方向加速运动，其受力如图8所示。从图中可以看出，mgsinθ=ma，则a=gsinθ，垂直于OB的方向向下。绳子的张力f。=mgcosθ，可以知道，当切割水平细线AB时，细线OB的张力突然发生变化。

6.如图，一根轻弹簧和一根细线共同托住一个质量为m的球，当它平衡时，细线是水平的，弹簧与垂直方向的夹角为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。

解析:在细线被切断之前，可以通过平衡条件得到。

细线的水平张力:T=mgtanθ

弹簧张力:F=mg/cosθ

当细线被剪断时，T=0，但弹簧的变形不能马上改变，所以弹簧力F保持原来的值。图中F=mg/cosθ。所以，在细线被剪断的瞬间，F和mg的合力仍然等于原来的T，方向是水平向右。可以知道，球的加速度方向是水平向右，即与垂线成90度角，其大小为a=gtanθ。

牛顿第二定律的瞬时性

根据牛顿第二定律，加速度由外力决定，即有什么样的外力，就对应什么样的加速度。外力变化时，加速度也变化。某一时刻的瞬时加速度是由该时刻作用在物体上的外力决定的，所以确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时力。

所谓瞬时性，就是物体的加速度A与合力F有一个瞬时的对应关系，每个瞬时加速度只取决于这个瞬时的合力F。即物体一旦受到非零外力，物体立即产生加速度；当外力的方向和大小改变时，物体的加速度方向和大小立即相应改变；当物体的外力为零时，物体的加速度也立即为零。因此，力和加速度之间存在瞬时对应关系。

瞬时加速度的求解

分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻前后的受力和运动状态，然后通过牛顿第二定律就可以得到瞬时加速度。

常见场景

首先，把握两个模式

1.灯绳、灯杆和接触面

可以产生弹力而没有明显的变形。剪切或分离后，无需时间即可恢复变形，弹力立即消失或改变。

2.弹簧、蹦床和橡皮筋

当弹簧的两端与物体相连时，弹簧的长度不会因为物体的惯性而突然改变，所以在瞬态问题中，其弹力被认为是恒定的。

二、瞬时加速度的一般概念

(1)分析物体在原始状态(给定状态)下的受力，找出各力的大小(如果物体处于平衡状态，用平衡条件；如果处于加速状态，用牛顿运动定律)；

(2)分析哪些力发生变化，哪些力保持不变，哪些力在状态变化时消失(如烧弦、剪弹簧、拔板、去掉某个力等。)(如切断的绳子和弹簧中的弹力，被去除物体接触面上的弹力立即消失)；

(3)求状态变化后物体上的合力外力，用牛顿第二定律求瞬时加速度。解决问题时要注意建立两个基本模型:

例:(多选)如图，一根垂直的光杆上套着一个球和两个轻弹簧。每个弹簧的一端与球相连，另一端分别用销钉M和N固定在杆上，球处于静止状态。如果去掉销钉M，球的加速度为12m/S2；如果不拆M销，拆N销，球的加速度可能是(g取10m。

总结:解决这类问题的关键是要知道加速度和力的变化有瞬间的对应关系，所以一定要仔细分析物体变化前后的受力情况，特别要注意区分牛顿第二定律瞬间性的两个模型:

1.刚性绳(或接触面)——能产生弹力而无明显变形的物体。切割(或分离)后，其弹力立即消失，不需要变形恢复时间；

2.弹簧(或橡胶绳)——两端连接(或附着)有物体的弹簧(或橡胶绳)，其特点是大变形，其变形恢复需要较长时间。在瞬态问题中，其弹性力往往可以认为是不变的。

经典例子

分析

一个

回答

2

回答

方法归纳

1.当其他力变化时，弹簧的弹力不能突然变化。

2.当其他力改变时，弦上的弹力会突然改变。

如图所示，块1和块2由刚性光棒连接，块3和块4由光弹簧连接。1号块和3号块的质量为m，2号块和4号块的质量为m，两个系统都放在水平放置的光滑木板上，它们处于静止状态。现在，两块板突然被水平方向拉出。我们假设1、2、3、4块在拔出后的瞬间加速度分别为a1、a2、a3、a4。如果重力加速度为g，则有()

解析:板被拉出的一瞬间，块1和块2与刚性光杆接触的变形立即消失，合力等于它们各自的重力，所以由牛顿第二定律可知A1 = A2 = G；然而，块3和4之间的轻弹簧的变形来不及改变。此时弹簧对滑块3的向上弹力和对滑块4的向下弹力仍为mg，所以滑块3满足MG = F，A3 = 0；块4满足牛顿第二定律，所以C是对的。

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