风洞是研究空气动力学的实验设备。如图,将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3.2m处,杆上套一质量m=3kg,可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15N,方向水平向左。小球以速度v0=8m/s向右离开杆端,假设小球所受风力不变,取g=10m/s2。求:
38.小球落地所需时间和离开杆端的水平距离;
39.小球落地时的动能。
40.小球离开杆端后经过多少时间动能为78J?
4.8m
(1)小球在竖直方向做自由落体运动,运动时间为
t==
=0.8s;
小球在水平方向做匀减速运动,加速度
a==
=5m/s2;
则水平位移s=v0t﹣at2=8×0.8﹣
=4.8m
小球离开杆后在竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀减速直线运动;根据自由落体运动规律可求得时间;根据水平方向的匀变速直线运动规律可求得水平位移;
两个分运动之间的关系
120J
由动能定理
EK﹣mv02=mgH﹣Fx
解得:Ek=120J
对小球下落全过程由动能定理列式可求得落地时的动能;
动能定理列式求解
0.24s
小球离开杆后经过时间t的水平位移
x=v0t﹣at2
竖直分位移h=gt2;
由动能定理EK﹣mv02=mg×
gt2﹣Fx
将EK=78J和v0=8m/s代入得
125t2﹣80t+12=0
解得t1=0.4s,t2=0.24s
设达到78J用时为t,根据运动学公式求出其竖直分位移和水平分位移;再对下落过程由动能定理列式,根据数学规律可求得速度为78J所用的时间.
数学规律的应用,要注意体会物理对于数学知识应用的考查