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题目:一质量为m的物体,在距地面h高处以初速度v0竖直向上抛出,空气阻力恒为f,取抛出点为势能零点,求:
(1)上升到最高点时物体的重力势能;
(2)上升过程中物体克服空气阻力做的功;
(3)上升过程中动能和重力势能相等的位置。
解答:
(1)物体在最高点时的重力势能为:
E_{p} = mgh_{0}
(2)上升过程中物体克服空气阻力做的功为:
W_{f} = \frac{1}{2}mv^{2} - (mgh_{0} - \frac{1}{2}mv^{2}) = \frac{1}{2}mgh_{0} + fh_{0}
(3)设物体在高度为h_{1}时的动能和重力势能相等,则有:
mgh_{1} = \frac{1}{2}mv^{2} - \frac{1}{2}mv_{0}^{2}
解得:
h_{1} = \frac{v_{0}^{2}}{g + 2f}h_{0}
因此,物体上升到高度为\frac{v_{0}^{2}}{g + 2f}h_{0}时,动能和重力势能相等。