高二物理31的内容可能包括质点直线运动、相互作用、牛顿运动定律应用及分析合运动等。具体的内容可能会因不同版本的高中物理教材而异。
题目:一个质量为 m 的小球,在光滑的水平面上以初速度 v0 抛出,求小球在空中运动过程中所受的阻力对小球做功的情况。
解答:
根据能量守恒定律,小球在运动过程中所受的阻力会做功,使得小球的动能减少,而重力势能增加。由于阻力是变力,因此需要用动能定理来求解。
设小球在空中运动的时间为 t,阻力大小为 f。根据动能定理,有:
Wf + Wg = ΔEk
其中,Wf 是阻力对小球做的功,Wg 是重力对小球做的功,ΔEk 是小球动能的改变量。
由于小球在水平面上运动,因此 Wg = 0。又因为小球在竖直方向上做自由落体运动,因此有:
ΔEk = 1/2mv² - 1/2mv₀²
将以上两个公式带入第一个公式中,得到:
Wf = 1/2mv² - 1/2mv₀² - 0
由于阻力是变力,因此需要用平均阻力来计算 Wf。根据题意,平均阻力的大小为 f/t,因此有:
Wf = f × t × Δx
其中 Δx 是小球在竖直方向上移动的距离。由于小球在竖直方向上做自由落体运动,因此有:
Δx = gt²/2
将以上两个公式带入第一个公式中,得到:
Wf = f × (v₀²/2g) × (v₀²/v²) - 1/2mv₀²
化简后得到:
Wf = - (1/2)mv₀³/v² + (1/2)mv² - (1/2)mv₀²
因此,小球在空中运动过程中所受的阻力对小球做功的情况为负值,大小为 -(1/2)mv₀³/v²。这个结果说明阻力对小球的做功情况与小球的初速度有关,初速度越大,阻力做的负功就越大。同时也可以看出,阻力做的功与重力做的功是相反的。