高二物理第十四题通常涉及动量守恒定律的应用。解题思路如下:
首先,确定研究对象,通常是选定一个或几个物体,考虑其运动过程和受力情况。
其次,根据动量守恒的条件,判断系统在某一过程中动量是否守恒。一般来说,系统不受外力或所受的外力之和为零,则系统动量守恒。
然后,根据动量守恒定律的表达式进行计算。通常需要求出某一方向上物体的速度,可以用选定正方向、利用矢量运算的方法或动能定理等方法。
最后,进行必要的讨论,如考虑过程总动能是否增加、系统内力如何作用等。
请注意,具体的解题方法可能因题目而异,需要仔细阅读题目并分析。
题目:
一个质量为$m$的物体,在平行于斜面向上的恒力F作用下,从斜面底端沿光滑斜面向上运动,经过时间$t$,到达斜面上的某一点,此时撤去力F,物体经过时间$t$返回原处,已知斜面与物体间的动摩擦因数为$\mu $,求力F的大小。
解题思路:
1. 物体先沿斜面向上运动时,受力分析并利用运动学公式求得加速度;
2. 物体返回原处时,同样受力分析并利用运动学公式求得加速度;
3. 由于物体在整个运动和返回过程中加速度不变,所以根据牛顿第二定律求得力F的大小。
解题过程:
【分析受力】
物体沿斜面向上运动时,受到重力、支持力、拉力和滑动摩擦力。
【运用运动学公式求解】
设斜面的倾角为$\theta $,物体沿斜面向上运动的位移为$x$,加速度为$a_{1}$,撤去力F后返回原处的位移为$x$,加速度为$a_{2}$。
根据运动学公式可得:$x = \frac{1}{2}a_{1}t^{2}$;$x = \frac{1}{2}a_{2}t^{2}$;
【分析牛顿第二定律】
由于整个过程中物体加速度不变,根据牛顿第二定律可得:$F - mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{1}$;$mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{2}$。
【求解力F的大小】
联立以上各式可得:$F = \frac{mg\sin\theta + \mu mg\cos\theta}{1 - \sin\theta\cos\theta} \cdot \frac{x}{t^{2}}$。
【例题】
【解答】
假设斜面倾角为$\theta $,物体沿斜面上升的位移为$x$,则有:$x = \frac{v^{2}}{2a_{1}}$;$v = a_{1}t$;$a_{2} = \frac{v^{2}}{x}$。
根据牛顿第二定律可得:$F - mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{1}$;$mg\sin\theta - \mu mg\cos\theta = ma_{2}$;$v^{2} = 2a_{2}x$。
联立以上各式可得:$F = \frac{mg\sin\theta + \mu mg\cos\theta}{1 - \sin^{2}\theta} \cdot \frac{v^{2}}{2x}$。
【答案】
解得:$F = \frac{mg(3 + 4\sin^{2}\theta)}{4(1 - \sin^{2}\theta)}$。