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相关例题:
题目:一个质量为m的物体,在平行于斜面向上的恒力F的作用下,从斜面底端沿光滑斜面向上运动,到达斜面上的某一点A时,突然撤去恒力F,物体继续沿斜面向上运动,经过一段时间后,物体返回出发点。已知物体运动到A点时的速度为VA,求:
1. 物体从A点继续向上运动到返回出发点时的速度VB;
2. 物体从A点开始运动到返回出发点的过程中,重力做的功和重力势能的变化量。
解析:
1. 物体从A点继续向上运动的过程中,受到的力只有重力,且方向竖直向下。根据牛顿第二定律,物体的加速度为a = F - mg·sinθ / m = F·(1 - sinθ) / m。
由于物体从A点开始运动到返回出发点的过程中,位移大小相等,方向相反,所以物体的运动可以分解为两个阶段:第一阶段是匀加速直线运动,第二阶段是匀减速直线运动。
第一阶段中,物体从A点到出发点的距离为x1 = VAt + (1/2)·a·t^2 = VAt + (F·t - mgsinθ·t^2) / 2m。
第二阶段中,物体从出发点到返回出发点的距离为x2 = (VAt - x1) + (VAt - x1) = 2VAt - (F·t + mgsinθ·t^2) / 2m。
所以物体从A点继续向上运动到返回出发点时的速度VB = (VAt + x2) / t = (VAt + 2VAt - (F·t + mgsinθ·t^2) / 2m) / t = VAt - (F·t / 2m)。
2. 物体从A点开始运动到返回出发点的过程中,重力做的功为Wg = - mgsinθ·x1 = - mgsinθ·(VAt + (F·t - mgsinθ·t^2) / 2m) = - F·(VAt - mgsinθ·t^2) / 2m。
由于重力做功导致重力势能的变化量为ΔEp = Wg = - F·(VAt - mgsinθ·t^2) / 2m。
答案:
1. 物体从A点继续向上运动到返回出发点时的速度VB = VAt - (F·t / 2m)。
2. 重力做的功为- F·(VAt - mgsinθ·t^2) / 2m,重力势能的变化量为- F·(VAt - mgsinθ·t^2) / 2m。
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