题目
餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g,相邻两盘间距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲度系数为( )A. 10N/mB. 100N/mC. 200N/mD. 300N/m

- A. 10N/m
- B. 100N/m
- C. 200N/m
- D. 300N/m
题目解答
答案
解:单个盘子的质量为m=300g=0.3kg,
移走一个盘子,弹簧形变量发生变化,形变量的变化量为Δx=1.0cm=0.01m,
盘子的总重力减小ΔG=mg=0.3×10N=3N,
由平衡条件得,弹簧的弹力减小了3N,则有3kΔx=ΔG,
代入数据解得:k=100N/m,
故B正确,ACD错误。
故选:B。
移走一个盘子,弹簧形变量发生变化,形变量的变化量为Δx=1.0cm=0.01m,
盘子的总重力减小ΔG=mg=0.3×10N=3N,
由平衡条件得,弹簧的弹力减小了3N,则有3kΔx=ΔG,
代入数据解得:k=100N/m,
故B正确,ACD错误。
故选:B。
解析
考查要点:本题主要考查胡克定律的应用及弹簧并联时的等效劲度系数计算,同时涉及平衡条件的分析。
解题核心思路:
- 确定形变量变化:取走一个盘子后,托盘上升的高度即为弹簧形变量的减少量Δx。
- 计算总弹力变化:总重量减少量ΔG由三根弹簧共同承担,总弹力变化为ΔG。
- 应用胡克定律:通过并联弹簧的等效劲度系数,建立方程求解单根弹簧的劲度系数k。
破题关键点:
- 弹簧并联的等效劲度系数:三根弹簧并联时,总劲度系数为3k。
- 形变量与弹力变化关系:ΔF = 3kΔx,其中ΔF为总弹力变化量。
步骤1:确定形变量变化
取走一个盘子后,托盘上升补平,说明弹簧的压缩量减少Δx = 1.0 cm = 0.01 m。
步骤2:计算总弹力变化
单个盘子的重力为:
$mg = 0.3 \, \text{kg} \times 10 \, \text{m/s}^2 = 3 \, \text{N}$
总弹力减少量为ΔG = 3 N。
步骤3:应用胡克定律
三根弹簧并联,总劲度系数为3k。根据胡克定律,总弹力变化满足:
$\Delta G = 3k \Delta x$
代入数据:
$3 = 3k \times 0.01 \quad \Rightarrow \quad k = \frac{3}{3 \times 0.01} = 100 \, \text{N/m}$