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题目:一个质点在恒力的作用下,由静止开始在平直公路上运动,已知前5秒内恒力的平均功率为P,求:
(1)该质点在第5秒末的速度大小;
(2)该质点在第5秒内的位移大小。
解答:
(1)根据牛顿第二定律和运动学公式,可得到质点在第5秒末的速度大小为:
v = at = Ft = 2t = 10m/s
其中,a为加速度,F为恒力。
(2)根据平均功率的定义式,可得到恒力的平均功率为:
P = \frac{W}{t} = \frac{F_{合}t}{t} = F_{合}v = Fv_{t}
其中,W为力F所做的功,t为时间,v_{t}为第5秒末的速度。
根据动能定理,可得第5秒内质点的位移大小为:
x = \frac{1}{2}at^{2} - \frac{1}{2}a(t - 1)^{2} = \frac{1}{2}at - \frac{1}{2}(at - a) = \frac{a}{2}t + \frac{a^{2}}{2}
其中,a为加速度。
因此,第5秒内质点的位移大小为:
x = 5m
其中,恒力的平均功率为P=100W。
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