以下是高一物理平均力法的例题:
例1:一个质量为5kg的物体静止在水平桌面上,物体与桌面的动摩擦因数为0.2,当对物体施加一个水平方向的推力时,物体开始运动,经过一段时间物体速度达到6m/s,求此时物体受到的合外力。
解法一:先求平均力
物体在运动的过程中受到两个力的作用:水平推力和滑动摩擦力。根据牛顿第二定律,这两个力的合力等于物体加速度的大小。
已知物体的质量为m=5kg,动摩擦因数为μ=0.2,初速度为v_{0}=0,末速度为v=6m/s,根据加速度的定义式,可求得加速度a=v^{2} - v_{0}^{2} div 2s = 6^{2} div 2m/s^{2} = 18m/s^{2}。
根据牛顿第二定律,物体所受合力F_{合} = ma = 5 times 18N = 90N。
解法二:用平均力的方法
物体在运动的过程中受到两个力的作用:水平推力和滑动摩擦力。根据牛顿第二定律和运动学公式,可求得物体所受的平均力F = frac{F_{合}}{m} = frac{90}{5}N = 18N。
解法三:用动量定理
物体在运动的过程中受到外力的冲量I = Ft,根据动量定理,物体的动量变化等于合外力的冲量。已知物体的初速度和末速度,可求得物体的动量变化ΔP = mv - mv_{0} = 5 × 6kgm/s = 30kgm/s。
根据牛顿第二定律和冲量定理,可求得合外力F = frac{Delta P}{t} = frac{30}{t}N。
相关例题:一个质量为m的物体放在光滑的水平地面上,在水平恒力F的作用下由静止开始运动,经过时间t物体的速度为v,求这段时间内力F对物体的冲量大小。
解法一:根据牛顿第二定律和运动学公式可得:$F - f = ma$,$v = at$,其中$f$为滑动摩擦力。由于物体在水平地面上运动时受到的摩擦力为滑动摩擦力,所以$f = mu mg$。将以上各式代入$I = Ft$中可得:$I = (F - mu mg)t$。
解法二:根据动量定理可得:$Ft^{prime} = mv - mv_{0}$,其中$v_{0}$为初速度为零时物体的速度。由于物体在水平地面上运动时受到的摩擦力为滑动摩擦力,所以$v_{0} = 0$。将以上各式代入$I = Ft^{prime}$中可得:$I = Ft^{prime}$。由于$t^{prime}$即为时间$t$,所以$I = Ft$。
以上三种解法均可求得这段时间内力F对物体的冲量大小。
例题:
一物体在水平面上做匀速直线运动,已知物体的质量为3kg,物体的速度为2m/s,物体与地面间的动摩擦因数为0.2,求物体受到的摩擦力。
解题思路:
平均力法解题步骤:
1. 根据题意列出受力分析图,明确各力的方向和大小;
2. 根据平均力公式F=μ(mg+ma)求出平均阻力;
3. 根据匀速直线运动公式v=at求出时间t;
4. 根据牛顿第二定律求出摩擦力大小。
根据题意,物体受到重力、支持力和摩擦力的作用,其中摩擦力为滑动摩擦力,大小为μmg。根据平均力公式F=μ(mg+ma)可得,平均阻力也为μmg=6N。由于物体做匀速直线运动,因此加速度为零,即a=0。根据匀速直线运动公式v=at可得,时间t=v/a=0.5s。因此,物体受到的摩擦力大小为6N。
相关例题:
一物体在斜面上做匀速直线运动,已知物体的质量为5kg,斜面的倾角为30°,斜面的高度为2m,物体与斜面间的动摩擦因数为0.2,求物体受到的摩擦力。
解题思路:
同样可以采用平均力法解题。首先根据题意列出受力分析图,明确各力的方向和大小。然后根据平均力公式F=μ(mgcosθ+ma)求出平均阻力。最后根据匀速直线运动公式v=at求出时间t,再根据牛顿第二定律求出摩擦力大小。
根据题意,物体受到重力、支持力和摩擦力的作用,其中摩擦力为滑动摩擦力,大小为μmgcosθ。由于物体做匀速直线运动,因此加速度为零,即a=0。根据匀速直线运动公式v=at可得,时间t=v/a=4s。因此,物体受到的摩擦力大小为μmgcosθ=5N。由于斜面倾角为30°,因此物体受到的支持力为mgcosθ+masinθ。根据牛顿第三定律可得,物体受到的支持力与摩擦力的合力大小为F=5√3N。因此,物体受到的摩擦力大小为5N。
高一物理平均力法例题
例题:一个质量为5kg的物体,在水平地面上受到一个大小为20N的水平外力,物体移动了20m的距离,求物体受到的平均力。
分析:根据牛顿第二定律,物体受到的合外力等于物体加速度的来源。本题中物体做匀加速直线运动,加速度可求,再根据运动学公式可求得位移和时间,最后根据牛顿第二定律求得平均力。
解:根据匀变速直线运动规律可得:
$a = frac{F}{m} = frac{20}{5}m/s^{2} = 4m/s^{2}$
根据位移公式可得:
$x = frac{1}{2}at^{2}$
解得:$t = sqrt{frac{2x}{a}} = sqrt{frac{2 times 20}{4}}s = 2s$
根据牛顿第二定律可得:
$F = ma = 5 times 4N = 20N$
所以物体受到的平均力为20N。
相关例题常见问题
1. 物体在水平面上做匀加速直线运动,已知初速度为v_{0},加速度为a,经过时间t后,位移为x,求物体的平均速度。
解:根据匀变速直线运动规律可得:$v = frac{v_{0} + at}{2}$,所以物体的平均速度为$frac{v_{0} + at}{2}$。
2. 一物体在恒力作用下做匀加速直线运动,经过时间t后,速度达到v_{t},求在这段时间内的平均速度。
解:根据匀变速直线运动规律可得:$v = at$,所以在这段时间内的平均速度为$frac{v_{t}}{2}$。