弹簧串接:把 A 缓慢提起,弹簧 2 的弹力减半

A、B 质量均为 m,1、2 两弹簧劲度系数为 k₁、k₂;初态静止。缓慢竖直提起 A,直到弹簧 2 的弹力大小变为原来的一半,A、B 合外力始终为零。动画取 k₁ = k₂ = k,长度单位为 mg/k。

1初态:两个弹簧都被压缩

A 静止:弹簧 1 托住 A

k₁x₁ = mg → x₁ = mg/k₁(压缩) B 静止:弹簧 2 托住 A+B k₂x₂ = 2mg → x₂ = 2mg/k₂(压缩)

地面对 B 的支持力 N = mg + k₁x₁ − k₂x₂ = 0:B 恰好不挤压地面(所以题目强调「拴连」)。

2提升过程:两个约束

B 始终平衡(合外力为零):

k₂x₂ − k₁x₁ = mg

A 的上升距离 = B 上升的距离 + A 相对 B 上升的距离:

s = (x₁₀ − x₁) + (x₂₀ − x₂)

x₂₀ − x₂ 是 B 自己上升的高度;x₁₀ − x₁ 是弹簧 1 的形变变化量。

3「弹力大小减半」的两种情况

情形 ① 弹簧 2 仍压缩,x₂ = mg/k₂(向上推 B,大小 mg)。由 B 平衡:

k₁x₁ = k₂x₂ − mg = 0 → 弹簧 1 恰好原长 s = (mg/k₁ − 0) + (2mg/k₂ − mg/k₂) = mg/k₁ + mg/k₂ → 选 A

情形 ② 弹簧 2 已拉伸,x₂ = −mg/k₂(向下拉 B,大小仍是 mg)。由 B 平衡:

−mg − k₁x₁ = mg → x₁ = −2mg/k₁(弹簧 1 被拉伸 2mg/k₁) s = (mg/k₁ + 2mg/k₁) + (2mg/k₂ + mg/k₂) = 3mg/k₁ + 3mg/k₂ → 选 D
A:mg/k₁ + mg/k₂ D:3mg/k₁ + 3mg/k₂ 答案 AD

!易错点

① 只想到「压缩一半」。题干用「弹力大小」,弹力方向翻转后大小相同也算,漏掉拉伸那一支就会漏选 D。
② 忘记 B 也在动。提 A 时弹簧 2 恢复形变,B 会跟着上升;位移关系必须对地面算总位移,不能只算弹簧 1 的形变。
③ 符号没跟着翻转。弹簧 1 从压缩变拉伸后,它对 A、B 的力都反向,平衡方程里 x₁ 要带正负号。