[例1]
竖直在水平地面上的轻弹簧,下端与地面固定,将金属球C放置在弹簧顶端与弹簧不粘连,并用力向下压球,使弹簧压缩,稳定后用细线把弹簧系住,烧断细线,球将被弹起且脱离弹簧后能继续向上运动,那么该球从细线被烧断到脱离弹簧的运动过程中。 ()
(A)球刚脱离弹簧时弹簧的弹性势能最小
(B)球刚脱离弹簧时的动能
(C)球所受合力的值不一定大于小球的重力
(D)在某一阶段内,球的动能在减少,而它的机械能在增加
分析和解:刚烧断细线时,弹簧弹力大于小球重力,合力向上,小球加速向上,此后弹力减少,加速度减小,速度增加,直到平衡位置时弹力等于重力,小球速度和动能均达到。那么此时小球会不会脱离弹簧呢?我们假设会脱离,小球的加速度则为g,方向向下,而弹簧上的轻托板此后的加速度ag,方向竖直向下,这样就会使小球脱离弹簧向上运动。故选项(A)正确、(B)错。
由上分析可知,小球脱离的位置是弹簧恢复原状处,小球脱离弹簧的条件是小球加速度大小为g,这样,我们在判断选项(C)是否正确时,可将其脱离条件与之比较,我们首先把小球未脱离弹簧时看作一个理想化的弹簧振子,在竖直方向作简谐振动时,根据其对称性,小球要把弹簧压下至其合力等于或大于g时,小球才有可能脱离弹簧。故选项(C)错。其次当小球在过了平衡位置继续向上减速运动过程中,弹力向上,对小球做正功,故小球动能将减少,而机械能在增加,故选项(D)也正确。
点评:任何一个物理过程的发生和变化都有其因果关系,一个物体机械运动的变化则决定它受力的情况,因此解该题的关键是因果分析与选择正确的物理模型。