内容正文:
第五章 机械能及其守恒
微专题16 动能定理在多过程问题中的综合应用
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微专题16
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第五章 机械能及其守恒
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1.运用动能定理解决多过程问题时,有两种思路:一种是全过程列式,另一种是分段列式.
2.全过程列式时,涉及重力、弹簧弹力,大小恒定的阻力或摩擦力做功时,要注意运用它们的功能特点:
(1)重力做的功取决于物体的初、末位置,与路径无关.
(2)大小恒定的阻力或摩擦力做的功等于力的大小与路程的乘积.
(3)弹簧弹力做功与路径无关.
利用动能定理求解多过程问题的基本思路
(1)弄清物体的运动由哪些过程组成.
(2)分析每个过程中物体的受力情况.
(3)各个力做功有何特点,对动能的变化有无影响.
(4)从总体上把握全过程,表达出总功,找出初、末状态的动能.
(5)对所研究的全过程运用动能定理列方程.
(2021·豫南九校联考)如图所示的装置由AB、BC、CE三段轨道组成,轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接,其中轨道AB、CE是光滑的,水平轨道BC的长度s=5 m,轨道CE足够长且倾角θ=37°,D为轨道CE上一点,A、D两点离轨道BC的高度分别为h1=4.3 m、h2=1.35 m.现让质量为m的小滑块从A点由静止释放.已知小滑块与轨道BC间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
(1)小滑块第一次到达D点时的速度大小v0;
(2)小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔;
(3)小滑块最终停止的位置距B点的距离.
[多维解题]
答案:(1)3 m/s (2)2 s (3)1.4 m
解析:(1)小滑块在A→B→C→D过程中,应用动能定理得
mg(h1-h2)-μmgs= eq \f(1,2) mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(D)) -0,
代入数据解得vD=3 m/s.
(2)小滑块在A→B→C过程中,由动能定理得
mgh1-μmgs= eq \f(1,2) mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(C)) -0,
代入数据解得小滑块第一次到达C点的速度大小
vC=6 m/s,
小滑块沿CE段上滑时,由牛顿第二定律得mg sin θ=ma,
解得小滑块的加速度大小a=g sin θ=6 m/s2,
则小滑块从C点沿CE段上滑到最高点所用的时间
t1= eq \f(vC,a) =1 s,
小滑块沿CE段上滑和下滑的受力情况不变,由对称性可知,小滑块从最高点滑回C点所用的时间t2=1 s,
故小滑块第一次与第二次通过C点的时间间隔
t=t1+t2=2 s.
(3)设小滑块在水平轨道上运动的总路程为s总,对小滑块从静止释放到最终停止的全过程,由动能定理得
mgh1-μmgs总=0,解得s总=8.6 m,
故小滑块最终停止的位置与B点的距离为2s-s总=1.4 m.
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