- 高三物理必修二机械能
高三物理必修二中的机械能包括:
物体的动能,即物体由于运动而具有的能量。
物体的重力势能,即物体由于高度差而具有的能量。它可以由物体重力的大小和物体高度差来决定。
弹性势能,即发生弹性形变的物体具有的能量。它是由物体的弹性形变大小来决定的。
此外,机械能是动能与势能的总和,这里的势能分为重力势能和弹性势能。在任何情况下,只有当物体的机械能守恒时,即动能和重力势能、弹性势能的和不变时,系统的机械能才保持不变。
相关例题:
题目:
质量为 m 的小球从高为 H 的地方自由落下,与地面发生完全非弹性碰撞,碰撞时间为 t,求碰撞后小球的速度。
【物理知识】
本题涉及到机械能守恒定律和动量守恒定律的应用。在碰撞过程中,小球的速度会发生改变,但能量不会发生改变。因此,我们可以根据能量守恒求出小球在碰撞前的机械能,再根据动量守恒求出小球在碰撞后的速度。
【解题过程】
首先,我们需要知道小球在碰撞前的机械能:
E_{k0} = 0.5mv_{0}^{2} = mgH
其中,v_{0} 是小球碰撞前的速度。
接下来,我们需要考虑碰撞过程。由于碰撞是非弹性的,所以小球在碰撞后会反弹。设小球反弹后的速度为 v_{1},则有:
E_{k1} = 0.5mv_{1}^{2} + 0.5mv_{2}^{2} = 0.5mv_{1}^{2} + (mgH + mgH)
其中,v_{2} 是小球反弹后的速度。
由于碰撞时间极短,所以可以认为小球在碰撞前后动量守恒。设小球在碰撞前的动量为 p_{0},则有:
p_{0} = mv_{0}
设小球在碰撞后的动量为 p_{1},则有:
p_{1} = mv_{1} + m( - v_{2})
将上述两个式子代入到能量守恒的式子中,可以得到:
E_{k1} = E_{k0} = 0.5mv_{1}^{2} + (mgH + mgH) = 0.5mv_{1}^{2} + 2mgH
将上述式子代入到动量守恒的式子中,可以得到:
p_{1} = p_{0} = mv_{0}
由于碰撞时间极短,所以可以认为 v_{1} = v_{2}。因此,我们可以得到:
v_{1}^{2} = (v_{0}^{2} - 2gH) + (gH) = v_{0}^{2} - gH
最后,根据速度的单位要求,可以将速度 v_{1} 转化为 m/s。因此,碰撞后小球的速率为:
v_{1} = \sqrt{v_{0}^{2} - gH} \approx \sqrt{v_{0}^{2}} - \frac{gH}{v_{0}} \approx \sqrt{v_{0}^{2}} - \frac{gH}{v_{0}}t (m/s)
其中,t 是小球与地面碰撞的时间。
【答案】碰撞后小球的速率为( )m/s。
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