后面我们早已对动能和动能定律有了一个比较全面而又浅薄的认识,那从明天开始,我们来看一下动能定律具体的应用方法有什么。说白了,这种方法都是物理意义上的变型。你们仔细感受。
首先我们要有一个基本认识,题目中有速率与位移的关系,通常就会考虑用动能定律。倘若出现了速率与时间的关系,我们首先应当考虑的是动量定律。动量定律后续探讨。我们结合一道例题看一看全过程和分段结合怎样使用
如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面AB长为2.4m,其上端与光滑的弧形轨道BCD相切于B,C是最高点,圆心角∠BOC=37°,D与圆心O等高,弧形轨道直径R=1.0m,现有一个质量为m=0.2kg可视为质点的滑块,从D点的正上方h=1.6m的E点处自由下落,滑块正好能运动到A点.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2,估算结果可保留根号).求:
(1)滑块第一次抵达B点的速率;
这一问比较简单,而且作为对所学知识的巩固和练习具有挺好的锻练价值。剖析,很自然能够想到分段研究,ED为自由落体运动,运动学知识可以晓得D的速率v1=根号下(2gh)。动能定律可以晓得mgh=(1/2)m(v1的平方)-0,(写零是一个挺好的习惯,注意感受)一直可以得到v1=根号下(2gh)。这正好验证了动能定律与牛顿第二定理是一致的。DC为光滑弧形轨道下降,物体遭到的重力是恒力但支持力不管大小怎样变,方向始终在变摩擦力做功的计算公式,所以运动学难以求解。又由于是变力很容易就想到用动能定律mgR+0=(1/2)m(v2的平方)-(1/2)m(v1的平方),v2为C点的速率。同理CB段用动能定律-mgR(1-cos37°)+0=(1/2)m(v3的平方)-(1/2)m(v2的平方)v3为B点的速率。所以B点的速率就求下来了。
不要着急结束,我们再来看下。假如把上面动能定律的三个多项式两侧相乘等于左边相减,这么我们就可以得到mgh+°=(1/2)m(v3的平方)-0。是不是借助全过程动能定律就可以愈发容易得出结果了呢并且这个容易虽然是物理知识的应用。那是不是所有的问题都是全过程动能定律就容易解决呢?我们来看一下第二问。
(2)滑块与斜面AB之间的动磨擦质数;
此次我们先用全过程动能定律,从E点到A点,重力所做的功W1+磨擦力所做的功W2=0-0(再指出一下,不要吝惜多写0)。很容易能够算出磨擦质数为0.5。
还是不要停,再看一下分段,假如看BA段摩擦力做功的计算公式,重力所做的功W3+磨擦力所做的功W2=(1/2)m(v3的平方)-0。也可以解下来。所以,全过程和分段动能定律对同一个问题都可以求解,然而实际情况中,还是大约恐怕一下哪种方式相对更简单一些。
继续深入,求磨擦质数当然也就是求加速度,这是不是可以说这个模型就是类竖直上抛呢?看穿这一点,就可以加深对知识的理解。
(3)滑块在斜面上运动的总路程及总时间.
不要着急去做,我们首先要想一下,为何有这个问题?这个问题隐藏着哪些潜台词?既然问斜面上总路程,这么肯定不是无限大,那是不是说明说明某个时刻,物体停了,速率为零。物体为何会停,通过剖析,不难晓得磨擦力做功消耗能量。所以磨擦力的功加上重力的功应当等于动能的变化。磨擦力的功显然我们曾经说过的“驴拉磨”模型,重力所做的功只与初末位置有关,那末位置在那儿呢?是最高点吗?这是本题的一个难点。杀手锏,画速率时间图象,我们不难看出,其实物体不是停了,而是刚好未能冲上斜面了,然后在弧BC及其对称位置往返运动了。到目前为止,我们晓得了一个关键的信息,物体没有停,而是在B点的速率为零。所以用动能定律不难求出斜面路程了。
这么时间呢?一直从图象上看,注意两点,一是上下的斜率不一样,由于加速度不一样。二是分段的时间用速率乘以加速度就可以晓得。三是显著是一个周期函数或则数列。你们可以尝试估算一下。所以图象是数学问题一个挺好的辅助工具。假如把弧弄成如下的无动能损失的挡板虽然也是换汤不配药。
下一期我们看动能定律的分解。
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