高三物理運動學主要包括以下內容:
1. 慣性:物體的質量對速度改變的反應,即物體在受外力前后的慣性不變。
2. 加速度:描述物體速度改變的物理量。
3. 自由落體運動:初速度為零,僅受重力的運動。
4. 勻變速直線運動:加速度保持不變的直線運動。
5. 勻速圓周運動:速度大小不變,方向不斷變化的圓周運動。
6. 勻變速曲線運動:加速度方向不斷改變,而大小不變的變速運動。
7. 運動學公式:包括速度、加速度、位移、時間、距離等公式的理解和運用。
8. 速度和速率,速度變化和加速度變化。
9. 各種運動之間的轉化及其公式應用。
這些是高三物理運動學的基本概念和知識,同時需要理解和掌握各種公式的應用,以及如何根據實際情況選擇合適的公式進行計算。
問題:一物體從高為H的斜面頂端由靜止開始滑下,滑到底端時的速度為v,然后又沿同一斜面上升。已知上升時的加速度為下滑時加速度的一半,求此物體在上升時的高度h。
【分析】
首先,我們需要理解題目中的物理過程,并列出相應的運動學公式。在這個問題中,物體先從高為H的斜面下滑,然后沿同一斜面上升。在下滑過程中,物體受到重力作用并做勻加速直線運動,加速度為g。在上升過程中,物體受到重力和斜面的支持力的作用,加速度為下滑加速度的一半。
根據運動學公式,我們可以得到下滑時的位移公式:
s1 = v^2 / (2g)
上升時的位移公式:
s2 = v^2 / (4g)
其中v是物體在斜面上滑下的末速度。
接下來,我們需要考慮物體的受力情況。在下滑過程中,物體受到重力和斜面的支持力的作用。在上升過程中,物體受到重力、支持力和摩擦力的作用。由于摩擦力與下滑時的摩擦力相同,因此我們可以認為上升時的摩擦力是下滑時的摩擦力的兩倍。
根據牛頓第二定律,我們可以得到下滑時的加速度為:
a1 = g - f1 / m
上升時的加速度為:
a2 = g - f2 / m = a1 / 2
其中f1和f2分別是下滑和上升時的摩擦力,m是物體的質量。
根據上述公式,我們可以得到下滑和上升時的位移之比為:
s1 : s2 = 4 : 1
因此,我們可以得到:
H = s1 + h + s2 = v^2 / (3g) + h + v^2 / (8g)
將上述公式代入已知條件中,我們就可以求解出物體在上升時的高度h了。
【解答】
解:根據上述分析,我們可以得到:H = v^2 / (3g) + h + v^2 / (8g) = 5v^2 / (8g)
由于物體在上升時受到的支持力和下滑時相同,因此有:f2 = f1 = f = kN(其中k為摩擦系數)
根據牛頓第二定律,有:a2 = g - f2 / m = g - k / m = a1 / 2 = g - 2k / m = g - k / 2m(其中m為物體的質量)
將上述公式代入位移之比中,得到:s1 : s2 = 4 : 1 可得:s1 = 4v^2 / (3g) = (4/3)v^2 / g
將上述公式代入H的表達式中,得到:H = (4/3)v^2 / g + h + v^2 / (8g) = (7/3)v^2 / g + h
由于物體在上升時受到的支持力和下滑時相同,因此有:f = kN(其中k為摩擦系數)
根據牛頓第二定律可得:mg - kN = ma(其中a為物體的加速度)
將上述公式代入上式中,得到:h = (v^2 - 7v^4 / 64g) / (k/m) - (v^4 / 64g) = (v^4 - 7v^4 / 64) / (k/m) - v^4 / 64 = (5v^4 - 7v^4 / 64) / (k/m)(其中m為物體的質量)
所以物體在上升時的高度h為(5v^4 - 7v^4 / 64) / (k/m)。