谈弹簧的弹力和弹性势能

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1、第36卷第1期物理教师Vo1．36NO．12015正PHYSICSTEACHER(2015)·问题讨论·谈弹簧的弹力和弹性势能叶正勇(浙江省衢州第二中学，浙江衢州324000)弹簧是中学物理中常见的研究对象，大量的施出的弹力．这样才有确定的含义．中学物理问题中均会涉及到弹簧．弹簧问题往往(2)弹力大小的特点．与高中物理的核心规律——牛顿运动定理，能量鉴于理想弹簧的质量不计，发生了弹性形变的转化与守恒规律以及弹力的规律密切相关，从的弹簧中任意两点的弹力，其大小一定相等．这是而成为高中物理的重点．然而，教学实践表明，不因为，以这两点之间的这段弹簧为研究对象，

2、由牛少的学生在学习了弹簧的相关知识后，在概念、规顿第二定律可知，该段弹簧受到的合力为0，故这律的理解上还存在着不少的误区．出现这种现象两点的弹力相等．由于弹力大小的等值性特点(其的原因主要不在学生，而与教师对相关知识的讲大小与所考查的弹簧上的点无关)，讲到弹簧弹力解只浮于表面，没有深入透彻的分析有关．本文就的大小时，就无需点明是弹簧中哪一点的，而只是弹簧知识的几个核心问题：弹簧模型的特点及弹笼统地称为是整根弹簧的．在中学阶段，讲到弹簧簧弹力的概念；弹力大小的规律——胡克定理的弹力大小，通常指的是所考察的弹簧两端点的弹准确理解及适用范围；弹簧弹性势能的特点

3、等做力大小(即弹簧对外作用力的大小或者弹簧受到全面深入的分析，以期提高弹簧知识的教学与学外界作用的力的大小)．一旦将形变的理想弹簧任习的效果．一端点所受的外力撤去，即该点的弹力为0，则整1在正确建立弹簧模型的基础上准确把握弹簧根弹簧(其上各点)的弹力均变为0，这时，弹簧的弹力的概念形变将立即消失而恢复原长．此外，弹簧弹力大小弹簧的本质属性是具有弹性(形变后能恢复等值性的特点与所研究的弹簧所处的运动状态无原状的性质)，故弹簧只能模型化为弹性体，而不关，即无论弹簧是否处于平衡状态，其上各点弹力能模型化为质点或刚体．在中学阶段，学生所学习的大小均相等．的最重要

4、的(几乎是唯一的一种)弹性体模型就是(3)弹力变化的渐变性特点．弹簧．突出了具有弹性这一本质特征，而忽略了质弹簧的弹力起因于它的弹性形变，当受弹簧量、粗细等次要或无关因素的弹簧，称为理想弹簧弹力作用的物体(高中段通常均模型化为刚体)受(或称轻质弹簧，简称弹簧，中学阶段只讨论理想到的其它力(不含弹簧的弹力)发生变化的瞬间，弹簧)．对=f理想弹簧，若从质点组的角度来看，可由于该物体的位置来不及改变，该瞬间弹簧的形视为由无数个质点(连续介质)所组成的一种特殊变也来不及改变，故它的弹力几乎不变，此即弹簧质点组，且相邻的质点之间存在着相互的作用力．弹力变化的渐变性

5、，换句话说，此时弹簧的弹力不所谓弹簧的弹力，就是这种质点组中任意两个相能发生突变．这是弹簧弹力明显不同于理想轻绳邻的质点；之间的相互作用力．的弹力的重要特征．值得注意的是，不要将弹簧弹在建立了理想弹簧的模型后，中学阶段讲授力变化的渐变性与弹力大小等值性中所说的弹簧弹簧弹力的概念时应向学生点明：的弹力随着它一端弹力的消失而立即消失的特点(1)弹簧弹力的本质．相混淆，显然，这两种情形的条件和前提均不同．弹簧中任意相邻的两部分之间的相互作用力2准确理解胡克定律及其适用范围定义为弹簧的弹力．该力起因于所考查的这两部实验表明，弹簧弹力的大小与它的形变量(即分中的每

6、一部分均发生了弹性形变，且均要恢复伸长量或压缩量)成正比，弹力的大小与形变量的原状的弹性．若弹簧处于伸长状态，此时的弹力是比值称为弹簧的劲度系数．这就是胡克定律．胡克相互吸引：力；若处于压缩状态，则弹力是相互排斥定律定量揭示了弹簧弹力大小的决定因素，是弹力．若是只考查弹簧中的某一部分，说到该部分的性力学的基础．为了使学生掌握好该定律，在教学弹力时，应明确指出是它所受到的弹力还是它所中应阐明：——30——V01．36No．1物理教师第36卷第1期(2O15)PHYSICSTEACHER2015钜(1)定律中所涉及的每一个量的确切含义．上面的点的弹力越大，弹

7、簧最上端点A一是定律涉及的力是所考察的对象——弹簧的弹力大小等于弹簧的重力。g，而弹至一的弹力．在一般情形中，该力不是弹簧下悬挂物的重簧最下端点B点的弹力等于0．假定这根芝力．二是弹簧的形变量意指处于形变状态下的弹簧弹簧的劲度系数为k(可通过图l的实验童的长度与它的自然长度之差．需强调的是，弹簧的自装置测得)，这时由于弹簧的自重引起的主然长度(又称原长)应是弹簧中的各点均不受弹力时⋯孝弹簧的伸长量为，兹证明如下．(即弹簧处于自然状态下)的长度．如将一根要计重厶量的弹簧自由悬挂处于静止状态时，其长度就不是设弹簧的自然长度为z。，此即弹簧图2水平放置时不受力

8、的该弹簧的自然长度．三是劲度系数是描述弹簧自身长度(见图3)．在图3属性(弹性)