题目:
一个质量为$m$的小球,从离地面高为$H$处以初速度$v_{0}$水平抛出。求小球在运动过程中重力所做的功和重力势能的变化量。
相关例题:
在解答这道题目时,我们需要知道重力做功与路径无关,只与初末两点的高度差有关。因此,重力做功的大小为:
$W = mgh = mgH$
其中,$g$是重力加速度,$h$是高度差。
重力势能的变化量也是类似的,它等于重力做的功。因此,小球在运动过程中重力势能的变化量为:
$\Delta E_{p} = mgh$
其中,$h$是抛出点与地面高度之差。
这道题目考察了重力做功和重力势能变化量的概念和计算方法,需要同学们在解题时注意这些细节。
答案:
重力所做的功为$mgH$;重力势能的变化量为$mgH$。
题目:一质量为 m 的小球以初速度 v0 竖直向上抛出,空气阻力大小恒为 f,上升最大高度为 h,则小球从抛出点落回到原出发点时的动能为____。
相关例题:
假设小球在运动过程中无能量损失,那么在上升过程中,小球受到的合力为多少?合力对小球做的功为多少?
分析:
小球在上升过程中受到重力和空气阻力,根据牛顿第二定律,可求得合力大小。由于空气阻力恒定,且小球在整个运动过程中没有能量损失,因此空气阻力对小球做的功就等于小球克服空气阻力做的功,即空气阻力对小球做的功等于空气阻力乘以小球上升的高度。
解:
根据牛顿第二定律,有:$mg + f = ma$
上升高度为$h$时,合力做功为:$fh$
由于空气阻力恒定,且小球在整个运动过程中没有能量损失,因此空气阻力对小球做的功就等于小球克服空气阻力做的功,即空气阻力对小球做的功等于空气阻力乘以小球上升的高度。因此,从抛出点落回到原出发点时,小球的动能为:$E_{k} = \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{1}{2}m(v^{2} - v_{0}^{2}) = \frac{fh}{2}$。
答案:$\frac{fh}{2}$。
题目:一质量为 m 的小车静止在光滑的水平面上,小车上有n 个质量均为 m 的小木块,每个木块与小车表面间的动摩擦因数为μ,现用水平力 F 推小车,使小车上的木块一起加速运动,求水平推力 F 的大小。
例题:
假设小车上有四个木块,开始时小车与木块之间无相对运动,现用水平力向右推小车,使小车与木块一起加速运动,求水平推力 F 的大小。
解析:
由于小车与木块之间光滑接触,故它们之间的摩擦力对系统做负功,系统动能在增加。由于系统内力做功,系统机械能增加。由于摩擦力对木块做负功,故木块的动能减少;由于推力对小车做正功,故小车的动能增加。由于系统内力做功不引起机械能的变化,故系统动能增量等于推力对小车所做的功。
设四个木块在车上的位置为A、B、C、D,设AB间距离为L1,BC间距离为L2,CD间距离为L3,AD间距离为L4。设小车加速度为a,则有:
对A木块:$F - f_{AB} = m_{A}a$
对B木块:$f_{AB} - f_{BC} = m_{B}a$
对C木块:$f_{BC} - f_{CD} = m_{C}a$
对D木块:$f_{CD} = m_{D}a$
其中$f_{AB}$为AB间摩擦力,$f_{BC}$为BC间摩擦力,$f_{CD}$为CD间摩擦力。
由以上五式可得:$F = \frac{m_{A} + m_{B} + m_{C} + m_{D}}{4}\mu(L_{1} + L_{2} + L_{3}) + \frac{m_{C} + m_{D}}{2}\mu L_{4}$
解得:$F = \frac{m(L_{1} + L_{2} + L_{3}) + \frac{m(L_{2} + L_{3})}{2}}{4}\mu + \frac{m(L_{3})}{2}\mu = \frac{m(L_{1} + L_{2} + L_{3}) + \frac{m(L_{2} + L_{3})}{2}}{4}\mu + \frac{m^{2}\mu}{m}\frac{L_{3}}{2}$
所以水平推力F的大小为$\frac{m(L_{1} + L_{2} + L_{3}) + \frac{m(L_{2} + L_{3})}{2}}{4}\mu$。
对于本题中的问题,只需要将题目中的数据带入上述公式即可求出水平推力F的大小。
