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2011年3月11日,日本大地震以及随后的海啸给日本带来了巨大的损失,灾后某中学的部分学生组成了一个课题小组,对海啸的威力进行了模拟研究,他们设计了如图甲所示的模型:在水平地面
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2011年3月11日,日本大地震以及随后的海啸给日本带来了巨大的损失,灾后某中学的部分学生组成了一个课题小组,对海啸的威力进行了模拟研究,他们设计了如图甲所示的模型:在水平地面上放置一个质量为m=4kg的物体,让其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动,推力F随位移x变化的图象如图乙所示,已知物体与地面之间的动摩擦因数μ=0.5,g=10m/s2.
(1)运动过程中物体的最大加速度为多少?
(2)在距出发点多远处物体的速度达到最大?
(3)物体在水平面上运动的最大位移是多少?
(1)运动过程中物体的最大加速度为多少?
(2)在距出发点多远处物体的速度达到最大?
(3)物体在水平面上运动的最大位移是多少?
▼优质解答
答案和解析
(1)由牛顿第二定律,得F-μmg=ma,
当推力F=100N时,物体所受的合力最大,加速度最大
代入解得解得a=
-μg=
-0.5×10=20m/s2
(2)由图象可得推力随位移x是变化的,当推力等于摩擦力时,加速度为0,速度最大
则F=μmg=0.5×40=20N
由图得到F与x的函数关系式F=100-25x
则得到x=3.2m
(3)由图象得到推力对物体做功等于“面积”,得推力做功W=200J
根据动能定理W-μmgxm=0
代入数据得xm=10m
答:(1)运动过程中物体的最大加速度为20m/s2
(2)在距出发点3.2m处时物体的速度达到最大
(3)物体在水平面上运动的最大位移是10m.
当推力F=100N时,物体所受的合力最大,加速度最大
代入解得解得a=
F |
m |
100 |
4 |
(2)由图象可得推力随位移x是变化的,当推力等于摩擦力时,加速度为0,速度最大
则F=μmg=0.5×40=20N
由图得到F与x的函数关系式F=100-25x
则得到x=3.2m
(3)由图象得到推力对物体做功等于“面积”,得推力做功W=200J
根据动能定理W-μmgxm=0
代入数据得xm=10m
答:(1)运动过程中物体的最大加速度为20m/s2
(2)在距出发点3.2m处时物体的速度达到最大
(3)物体在水平面上运动的最大位移是10m.
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