1. 如图所示,在水平面轨道右侧安放一半径为R的竖直圆形光滑轨道,水平轨道的PQ段铺设特殊材料,调节其初始长度为L,水平轨道左侧有一轻质弹簧左端固定,弹簧处于自然伸长状态。小物块A(可视为质点)从轨道右侧以初速度
冲上轨道,通过圆形轨道、水平轨道后压缩弹簧并被弹簧以原速率弹回,经水平轨道返回圆形轨道。已知
物块A质量为
与PQ段间的动摩擦因数
轨道其他部分摩擦不计,取
(1)求物块A与弹簧刚接触时速度大小;
(2)求物块A被弹簧以原速率弹回后返回到圆形轨道的高度;
(3)调节PQ段的长度L,A仍以
从轨道右侧冲上轨道,当L满足什么条件时,物块A被弹簧后能返回圆形轨道且能沿着轨道运动而不脱离轨道?
规律方法
1、动能定理应用的基本步骤
(1)应用动能定理涉及一个过程,两个状态.所谓一个过程是指做功过程,应明确该过程各外力所做的总功;两个状态是指初末两个状态的动能.
(2)动能定理应用的基本步骤是:①选取研究对象,明确并分析运动过程.②分析受力及各力做功的情况,受哪些力?每个力是否做功?在哪段位移过程中做功?正功?负功?做多少功?求出代数和.③明确过程始末状态的动能
及
④列方程
,必要时注意分析题目的潜在条件,补充方程进行求解.
2、应用动能定理的优越性
(1) 由于动能定理反映的是物体两个状态的动能变化与其合力所做功的量值关系,所以对由初始状态到终止状态这一过程中物体运动性质、运动轨迹、做功的力是恒力还是变力等诸多问题不必加以追究,就是说应用动能定理不受这些问题的限制.
(2) 一般来说,用牛顿第二定律和运动学知识求解的问题,用动能定理也可以求解,而且往往用动能定理求解简捷.可是,有些用动能定理能够求解的问题,应用牛顿第二定律和运动学知识却无法求解.可以说,熟练地应用动能定理求解问题,是一种高层次的思维和方法,应该增强用动能定理解题的主动意识.
(3) 用动能定理可求变力所做的功.在某些问题中,由于力F的大小、方向的变化,不能直接用
求出变力做功的值,但可由动能定理求解.
3、应用动能定理要注意的问题
注意1.由于动能的大小与参照物的选择有关,而动能定理是从牛顿运动定律和运动学规律的基础上推导 出来,因此应用动能定理解题时,动能的大小应选取地球或相对地球做匀速直线运动的物体作参照物来确定.
注意2.用动能定理求变力做功,在某些问题中由于力F的大小的变化或方向变化,所以不能直接由
求出变力做功的值.此时可由其做功的结果——动能的变化来求变为F所做的功.
注意3.区别动量、动能两个物理概念.动量、动能都是描述物体某一时刻运动状态的状态量,动量是矢 量,动能是标量.动量的改变必须经过一个冲量的过程,动能的改变必须经过一个做功的过程.动量是矢量,它的改变包括大小和方向的改变或者其中之一的改变.而动能是标量,它的改变仅是数量的变化.动量的数量与动能的数量可以通过
联系在一起,对于同一物体来说,动能EK变化了,动量P必然变化了,但动量变化了动能不一定变化.例如动量仅仅是方向改变了,这样动能就不改变.对于不同的物体,还应考虑质量的多少.
注意4.动量定理与动能定理的区别,两个定理分别描述了力对物体作用效应,动量定理描述了为对物体 作用的时间积累效应,使物体的动量发生变化,且动量定理是矢量武;而动能定理描述了力对物体作用的空间积累效应,使物体的动能发生变化,动能定理是标量式。所以两个定理分别从不同角度描述了为对物体作用的过程中,使物体状态发生变化规律,在应用两个定理解决物理问题晚要根据题目要求,选择相应的定理求解。
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