我们已经学过:物体做功的过程就是能的转化过程。如图所示,某同学用一小球探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。已知小球质量为m,小球从斜面上高度为h的位置静止释放,撞击水平面上的木块,可通过观察木块移动的距离来判断小球的动能大小。假设斜面光滑,小球碰撞后静止,水平面对木块的摩擦力为f,g为已知量,不计碰撞时的能量损失,从能量转化的角度,请解答下列问题【其中(1)和(2)小题的答案均用已知量符号的表达式表示】:
(1)小球到达斜面底部的动能;
(2)碰撞后,木块移动的距离;
(3)请说明通过木块移动的距离来判断小球动能的大小的物理原理。
(1)小球到达斜面底部的动能;
(2)碰撞后,木块移动的距离;
(3)请说明通过木块移动的距离来判断小球动能的大小的物理原理。
更新时间:2024-05-25 13:52:49
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解题方法
【推荐1】已知物体动能的表达式为
,重力势能的表达式为
,如图所示,高为h=0.8m的光滑斜面AB与均匀粗糙的水平面相连,将质量为m=200g的物体在A点由静止开始下滑,经过B点进入水平面,最后静止在水平面的C点。已知物体在水平面上滑行时所受摩擦力为其重力的0.2倍,物体在水平面上滑行时克服摩擦力所做的功等于其动能的减小值,请计算:
(1)物体在A点时具有的重力势能是多少?
(2)物体到达B点时的速度是多少?
(3)物体在水平面上滑行时受到的摩擦力是多少?
(4)物体在水平面上滑行的距离是多少?
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/750cc462b426e796fc6266149689bf08.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f3f2fa91da5dd170342a5fa11e531914.png)
(1)物体在A点时具有的重力势能是多少?
(2)物体到达B点时的速度是多少?
(3)物体在水平面上滑行时受到的摩擦力是多少?
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,重力势能的表达式为
,如图所示,高为h=0.8m的光滑斜面AB与均匀粗糙的水平面相连,将质量为m=200g的物体在A点由静止开始下滑,经过B点进入水平面,最后静止在水平面的C点。已知物体在水平面上滑行时所受摩擦力为其重力的0.2倍,物体在水平面上滑行时克服摩擦力所做的功等于其动能的减小值,请计算:
(1)物体在A点时具有的重力势能是多少?
(2)物体到达B点时的速度是多少?
(3)物体在水平面上滑行时受到的摩擦力是多少?
(4)物体在水平面上滑行的距离是多少?
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(2)物体到达B点时的速度是多少?
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【推荐2】如图所示,圆柱体物体高为2m,底面积为200cm2,密度为2.5×103kg/m3,水的密度为1.0×103kg/m3,某人在河边通过图示滑轮装置(滑轮、绳子质量和摩擦均不计)将该物体从水中以0.2m/s的速度匀速拉起,水面高度始终不变,人手中绳子能承受的最大拉力为400N,g取10N/kg。某时刻,圆柱体下底面距离河面为5m;求:
(1)从此时算起,经过多长时间绳子将被拉断?
(2)在上述过程中,人所做的功是多少焦耳?
(3)已知一个物体重力势能的变化(ΔEP)等于该物体的重力(mg)与该物体重心高度的变化Δh的乘积,公式为ΔEP=mgΔh,试求上述过程中水的重力势能的变化为多少?
(1)从此时算起,经过多长时间绳子将被拉断?
(2)在上述过程中,人所做的功是多少焦耳?
(3)已知一个物体重力势能的变化(ΔEP)等于该物体的重力(mg)与该物体重心高度的变化Δh的乘积,公式为ΔEP=mgΔh,试求上述过程中水的重力势能的变化为多少?
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【推荐1】小曾同学学习完动能和势能的知识以后,通过阅读高中教材必修二发现。
①动能
;
②重力势能Ep=mgh;
③弹性势能
,x为弹簧形变量,劲度系数k为弹力与形变量的比值,单位为N/m;
④在只有重力或弹簧弹力做功的系统内,动能和势能会发生相互转化,但总机械能保持不变。
在如图所示的装置中,质量为1kg的小球沿光滑斜面无初速度滑下,到达B点后通过转角装置掉入竖直装置中,在C点开始压缩弹簧,D点速度达到最大,直至压缩到最低点E。已知A与B高度差为0.8m,B与C的高度差为0.75m,弹簧足够长,劲度系数k=20N/m。忽略转弯处的能量损失。
(1)小球到达B点的速度大小为多少?
(2)请定性描述从C到D和D到E的过程中,系统能量的转化。
(3)小球的最大速度为多少?
①动能
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/750cc462b426e796fc6266149689bf08.png)
②重力势能Ep=mgh;
③弹性势能
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/70a034c92f8bf3527f40a11ac3ea3a47.png)
④在只有重力或弹簧弹力做功的系统内,动能和势能会发生相互转化,但总机械能保持不变。
在如图所示的装置中,质量为1kg的小球沿光滑斜面无初速度滑下,到达B点后通过转角装置掉入竖直装置中,在C点开始压缩弹簧,D点速度达到最大,直至压缩到最低点E。已知A与B高度差为0.8m,B与C的高度差为0.75m,弹簧足够长,劲度系数k=20N/m。忽略转弯处的能量损失。
(1)小球到达B点的速度大小为多少?
(2)请定性描述从C到D和D到E的过程中,系统能量的转化。
(3)小球的最大速度为多少?
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/9/5/cc15b154-6c74-45be-9871-4c52898435c7.png?resizew=157)
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【推荐2】小明在探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验时,他想:小球从斜面上滚下撞击滑块时机械能会有所损失,如果直接让滑块从斜面上滑下,就减少了由于撞击机械能的损失,实验的误差可能会减小。如图所示,他将质量为1kg滑块从光滑的斜面上自由滑下,滑块接着在粗糙的水平面上滑行一段距离后停下来,通过测量滑块在粗糙水平面上滑行的距离来比较动能大小。若滑块在地面摩擦时所受的滑动摩擦力大小为重力大小的0.2倍(不考虑木块经过斜面和水平面的接头处时机械能损失)。求:
(1)滑块的重力大小;
(2)滑块从距地面高5m处的光滑斜面A点自由滑下,到达斜面底端时动能(EK)的大小;
(3)滑块在水平面滑行一段距离s(s未知)后停下,滑块克服摩擦力做功(Wf)的大小;
(4)试推导:若相同材料、不同质量(m)的滑块,从同一光滑斜面不同高度(h)静止释放时,在相同的粗糙水平面上滑行距离大小(s)的表达式。
(1)滑块的重力大小;
(2)滑块从距地面高5m处的光滑斜面A点自由滑下,到达斜面底端时动能(EK)的大小;
(3)滑块在水平面滑行一段距离s(s未知)后停下,滑块克服摩擦力做功(Wf)的大小;
(4)试推导:若相同材料、不同质量(m)的滑块,从同一光滑斜面不同高度(h)静止释放时,在相同的粗糙水平面上滑行距离大小(s)的表达式。
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