高三物理大题专栏题目和相关例题如下:
题目:一个质量为$m$的小球,从离地面高为H处以初速度$v_{0}$斜向下抛出,小球在运动过程中受到空气阻力大小恒为$f$,求小球从抛出到落地的过程中,克服空气阻力所做的功。
相关例题:
例题:一质量为$m$的小球从高为$H$处自由下落,到达地面后进入沙坑$h$深,求小球进入沙坑的过程中,小球克服阻力所做的功。
分析:小球从高为$H$处自由下落,到达地面后进入沙坑的过程可以分成两个阶段,第一阶段是自由落体运动,第二阶段是阻力做负功的过程。根据动能定理可以求出两个阶段的功,再相减即可得到克服阻力所做的功。
对于第一阶段,根据动能定理有:
$mgH = frac{1}{2}mv^{2}$
对于第二阶段,根据动能定理有:
$- W_{f} = 0 - frac{1}{2}mv^{2}$
所以小球克服阻力所做的功为:
$W_{f} = fh = mgh - frac{1}{2}mv^{2}$
通过以上分析可以发现,求克服阻力所做的功的关键是正确分析运动过程和受力情况,并选择合适的方法进行求解。
将上述题目中的自由落体运动改为斜向下抛出,其他条件不变,则问题中的功和克服阻力所做的功的计算方法不变。
题目:一质量为$m$的小球,从离地面高为$H$处以初速度$v_{0}$水平抛出,求小球在运动过程中克服重力所做的功。
相关例题:
在解决这类问题时,我们需要先明确重力做功与路径无关,只取决于初末两点的竖直高度。在本题中,小球在运动过程中克服重力所做的功即为重力势能的增加量。根据机械能守恒定律,小球在运动过程中减少的动能转化为重力势能,因此我们可以求出小球在运动过程中的动能变化量,再根据动能定理求出重力做功。
解题步骤:
1. 确定小球在运动过程中的高度变化,即$h = H - frac{1}{2}gt^{2}$,其中$g$为重力加速度。
2. 根据机械能守恒定律,可求出小球在运动过程中的动能变化量$W_{k}$。
3. 根据动能定理,小球克服重力所做的功等于重力势能的增加量,即$W_{G} = mgh = m(H - frac{1}{2}gt^{2})$.
其中,$t$为小球在空中运动的时间,可根据$v_{0}^{2} = 2gh$求解。
通过以上步骤,我们可以得到小球在运动过程中克服重力所做的功为$mgH$。
高三物理大题专栏题目和相关例题常见问题
题目:一个质量为$m$的小球,从离地面高为H处以初速度$v_{0}$水平抛出,求小球在空中运动过程中:
(1)小球下落过程中的加速度大小;
(2)小球从抛出到落地的时间;
(3)小球从抛出到落地水平位移的大小。
例题:一个质量为$2kg$的小球,从离地面高为$15m$处以初速度$10m/s$水平抛出,求小球在空中运动过程中:
(1)重力做的功;
(2)重力势能的变化量;
(3)小球落地时的速度大小。
相关问题:
(1)小球在空中运动过程中空气阻力的大小;
(2)小球落地时的动能;
(3)小球落地时的机械能;
(4)小球落地时速度的方向;
(5)小球在空中运动过程中机械能的变化量。
解答:(1)小球下落过程中的加速度大小为$g$,方向竖直向下。
(2)小球从抛出到落地的时间为$t = sqrt{frac{2H}{g}} = sqrt{frac{2 times 15}{10}}s = sqrt{3}s$。
(3)小球从抛出到落地水平位移的大小为$x = v_{0}t = 10 times sqrt{3}m = 10sqrt{3}m$。
(1)重力做的功为$W = mgh = 2 times 10 times 15J = 300J$。重力势能的变化量为减少$300J$。
(3)根据动能定理可得,小球落地时的动能为$E_{k} = frac{1}{2}mv^{2} = frac{1}{2} times 2 times (10^{2} + 15^{2})J = 450J$。机械能的变化量为减少$300J + f cdot x = - 5J$,其中空气阻力的大小为$f$。
(4)小球落地时速度的方向与水平方向的夹角为$theta $,根据平行四边形定则可得$tantheta = frac{v_{y}}{v_{x}} = frac{gt}{v_{x}} = frac{sqrt{3}}{5}$,所以$theta = arctanfrac{sqrt{3}}{5}$。
(5)根据能量守恒定律可得,小球在空中运动过程中机械能的变化量为$Delta E = E_{k} - mgh = - 5J$。