高一物理动能定理的拓展主要包括以下内容:
1. 动能定理的推论:动能定理可以推广到变力,即物体受到的合外力做的总功等于物体动能的变化量。这可以视为动能定理的一个推论。在变力的情况下,需要用动能定理进行分析和计算。
2. 运动组合问题:动能定理可以用于解决运动组合问题,例如两个物体组成的连接体,其中一个物体速度变大或变小,另一个物体速度和加速度变化的情况。利用动能定理,可以分别求出各个物体的速度和加速度,从而解决整个问题。
3. 碰撞问题:在碰撞问题中,动能定理也是非常有用的。在碰撞过程中,物体的速度和加速度都会发生变化,可以利用动能定理进行分析和计算。
4. 曲线运动问题:在曲线运动问题中,动能定理同样适用。可以将曲线运动分解为沿轨迹切线方向和垂直于轨迹切线方向的两个分运动,利用动能定理可以分别求出各个分运动的速度和加速度。
此外,还可以从不同的角度对动能定理进行拓展和延伸,例如从牛顿第二定律的角度、从动量定理的角度等。这些拓展可以帮助我们更深入地理解动能定理的本质和应用范围。
题目:一个质量为 m 的小球,在斜面光滑的平面上以 v 的速度向右滚动,斜面的倾角为 θ。求小球在滚动过程中所受的合外力做的功。
解析:
首先,我们需要考虑小球在滚动过程中受到的合外力。这个合外力由重力、斜面的支持力和摩擦力组成。由于斜面光滑,所以小球不受摩擦力。
小球受到的重力沿斜面向下的分量为 mgcosθ,支持力垂直于斜面向上,大小为 mg。因此,小球受到的合外力为 mg - mgcosθ = -mgsinθ。
接下来,我们需要求出小球在这个合外力作用下移动的距离。由于小球是滚动的,所以它的位移可以表示为水平方向的位移和垂直于斜面的位移之和。水平方向上,小球向右移动的距离为 vx = vsinθ。垂直于斜面方向上,小球上升的高度为 vy = vtanθ。因此,小球的总位移为 s = vsinθ + vtanθ。
最后,根据动能定理,合外力做的功等于动能的变化量。在这个问题中,小球的动能变化量为 0,因为它的速度没有变化。因此,合外力做的功等于小球的初始动能。初始动能可以表示为 EK0 = 0.5mv2。
综上所述,小球在滚动过程中所受的合外力做的功为 -mgsinθ × s = -mgsinθ(vsinθ + vtanθ) = -mv2sin2θ - mgsinθvtanθ。
答案:合外力做的功为 -mv2sin2θ - mgsinθvtanθ。