Question

4．小明在老師的指導下用小球和彈簧等器材進行了如下實驗與探究（不考慮空氣阻力）：讓小球從某高度處由靜止開始下落到豎直放置的輕彈簧上（如圖甲），在剛接觸輕彈簧的瞬間（如圖乙），小球速度為5m/s．從小球接觸彈簧到將彈簧壓縮至最短（如圖丙）的整個過程中，得到小球的速度v和彈簧縮短的長度△x之間的關系如圖丁所示，其中A為曲線的最高點，已知該輕彈簧每受到0.1N的壓力就縮短1cm，并且輕彈簧在全過程中始終發生彈性形變．

（1）從小球接觸彈簧到將彈簧壓縮至最短的過程中，小球速度的變化情況是先變大后變小；
（2）實驗中所用小球的重力為2N．
（3）如圖，當彈簧的壓縮量最大時，小球的速度為0，此時小球處于非平衡狀態（選填“平衡”或“非平衡”）．

Answer 1

分析 1、由圖象可知，小球速度先變大，后變小；
2、在運動過程中小球受重力與彈簧的彈力，當兩力大小相等時，小球速度最大，此時彈力與重力是一對平衡力；由圖象坐標可直接求得彈力．

解答 解：
（1）由圖象看出：在小球剛開始撞擊彈簧到彈簧被壓縮到最短的過程中，小球速度先變大后變小；
（2）在小球向下運動過程中，受豎直向上的彈簧的彈力，豎直向下的重力．開始時，重力大于彈力，合力向下，小球速度越來越大．
隨彈簧壓縮量的增大，彈力越來越大，當彈力與重力相等時，兩力是一對平衡力，合力為零．小球再向下運動，彈力大于重力，
合力向下，小球速度減小．由此可見，當重力G與彈力F是一對平衡力時，小球速度最大．此時，由圖可知彈簧的壓縮量△L=0.2m=20cm，
由平衡條件得；G=F=0.1N/cm×20cm=2N；
（3）在小球向下運動過程中，受豎直向上的彈簧的彈力，豎直向下的重力．開始時，重力大于彈力，合力向下，小球速度越來越大．
隨彈簧壓縮量的增大，彈力越來越大，當彈力與重力相等時，兩力是一對平衡力，合力為零．小球再向下運動，彈力大于重力，
當彈簧的壓縮量最大時，小球的速度為0，此時，彈力大于重力，小球處于非平衡狀態．
故答案為：（1）先變大后變小；（2）2；（3）非平衡．

點評 正確解答此題的關鍵有二：讀懂圖，由圖獲取彈簧壓縮量，小球速度變化的信息；分析小球的運動過程，分析彈力的變化情況．