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动能定理在多过程问题中的应用 (含答案)
动能定理在多过程问题中的应用
模型特征:优先考虑应用动能定理的典型问题
(1)不涉及加速度、时间的问题.
(2)有多个物理过程且不需要研究整个过程中的中间状态的问题.
(3)变力做功的问题.
(4)含有F、l、m、v、W、Ek等物理量的力学问题.
1、
解析 (1)小滑块由C运动到A,由动能定理得
mgLsin 37°-μmgs=0 (2分)
解得μ=eq \f(24,35) (1分)
(2)设在斜面上,拉力作用的距离为x,小滑块由A运动到C,由动能定理得
Fs-μmgs+Fx-mgLsin 37°=0 (2分)
解得x=1.25 m (1分)
(3)小滑块由A运动到B,由动能定理得Fs-μmgs=eq \f(1,2)mv2 (2分)
由牛顿第二定律得F-mgsin 37°=ma (2分)
由运动学公式得x=vt+eq \f(1,2)at2 (2分)
联立解得t=0.5 s (1分)
答案 (1)eq \f(24,35) (2)1.25 m (3)0.5 s
2、一质量为2 kg的铅球从离地面2 m高处自由下落,陷入
沙坑中2 cm深处,如图所示,求沙子对铅球的平均阻力(g=10 m/s2).
答案 2 020 N
解析 小球的运动包括自由落体运动和陷入沙坑减速运动两个过程,知
道初末态动能和运动位移,应选用动能定理解决,处理方法有两种:
解法一 分段列式:铅球自由下落过程中,设小球落到沙面时速度为v,则:mgH=eq \f(1,2)mv2
v=eq \r(2gH)=eq \r(2×10×2) m/s=2eq \r(10) m/s.
铅球陷入沙坑过程中,只受重力和阻力Ff作用,由动能定理得:mgh-Ffh=0-eq \f(mv2,2)
Ff=eq \f(mgh+\f(mv2,2),h)=eq \f(2×10×0.02+2×\f(?2\r(10)?2,2),0.02) N=2 020 N
解法二 全程列式:全过程都有重力做功,进入沙中又有阻力做功.
所以W总=mg(H+h)-Ffh
由动能定理得:mg(H+h)-Ffh=0-0
故:Ff=eq \f(mg?H+h?,h)=eq \f(2×10×?2+0.02?,0.02) N=2 020 N.
3、如图所示装置由AB、BC、CD三段轨道组成,轨道交接处
均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CD段是光滑的,
水平轨道BC的长度s=5 m,轨道CD足够长且倾角θ=37°,
A、D两点离轨道BC的高度分别为h1=4.30 m、h2=1.35 m.
现让质量为m的小滑块自A点由静止释放.已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔.
答案 (1)3 m/s (2)2 s
解析 (1)物块从A→B→C→D过程中,由动能定理得
mg(h1-h2)-μmgs=eq \f(1,2)mvD2-0,
解得:vD=3 m/s
(2)小物块从A→B→C过程中,有
mgh1-μmgs=eq \f(1,2)mveq \o\al( 2,C)
解得:vC=6 m/s
小物块沿CD段上滑的加速度
a=gsin θ=6 m/s2
小物块沿CD段上滑到最高点的时间
t1=eq \f(vC,a)=1 s
小物块从最高点滑回C点的时间t2=t1=1 s
故t=t1+t2=2 s
4、如图所示,粗糙水平地面AB与半径R=0.4 m的光滑半圆
轨道BCD相连接,且在同一竖直平面内,O是BCD的圆心,
BOD在同一竖直线上.质量m=2 kg的小物块在9 N的水
平恒力F的作用下,从A点由静止开始做匀加速直线运动.
已知AB=5 m,小物块与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.2.当小物块运动到B点时撤去力F.取重力加速度g=10 m/s2.求:
(1)小物块到达B点时速度的大小;
(2)小物块运动到D点时,轨道对小物块作用力的大小;
(3)小物块离开D点落到水平地面上的点与B点之间的距离.
答案 (1)5 m/s (2)25 N (3)1.2 m
解析 (1)从A到B,根据动能定理有
(F-μmg)xAB=eq \f(1,2)mveq \o\al( 2,B)
得vB= eq \r(\f(2?F-
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