全國高考物理中出現的青蛙有:
1. 彈簧青蛙:在豎直方向上,有一個彈簧連接一個小青蛙(可以看作理想質點)。通過拉伸彈簧,使青蛙在最低點開始運動,在運動過程中彈簧被壓縮。這個實驗可以用來演示機械能守恒和彈性勢能的轉化。
2. 電磁青蛙:在磁場和電場的作用下,一個通電的線圈可以看作一個“磁鐵”,從而吸引周圍的磁性物質。當一只青蛙被吸引到線圈中時,它會在磁場和洛倫茲力作用下“跳躍”起來。這個實驗可以用來演示電磁感應和青蛙的運動軌跡。
此外,還有一些其他的物理實驗裝置和青蛙模型,如光敏蛙跳等,但它們并不是全國高考物理中常見的考點。
題目:一個質量為 m 的青蛙,在離水面 h 的地方跳躍,青蛙每次跳躍的最大高度為 h/2。現在青蛙從 A 點跳到 B 點(A、B 兩點在同一水平線上),求青蛙跳躍過程中克服水的阻力所做的功。
解析:
青蛙在跳躍過程中,受到重力和水的阻力作用。重力做功與跳躍高度有關,而水的阻力做功與跳躍高度無關。因此,我們需要分別求出青蛙在上升和下降過程中的阻力做功,再求和即可。
首先,青蛙在上升過程中,受到重力和阻力的作用。根據動能定理,青蛙克服阻力所做的功等于其動能的減少量。由于青蛙每次跳躍的最大高度為 h/2,因此青蛙上升的高度為 h/2 - h/4 = h/4。
根據阻力做功的公式 W = Fs,可得到青蛙上升過程中克服水的阻力所做的功:
W阻 = fs = - k(mg + mg)h/4
其中,k 是水的阻力系數,與青蛙跳躍時的速度和水的阻力大小有關。
接下來,青蛙下降過程中也受到重力和阻力的作用。由于青蛙每次跳躍的最大高度為 h/2,因此青蛙下降的高度為 h/2 + h/4 = h/2。根據阻力做功的公式 W = Fs,可得到青蛙下降過程中克服水的阻力所做的功:
W阻 = fs = - k(mg - mg)h/2
其中,k 和水的阻力系數相同。
最后,將青蛙上升和下降過程中克服水的阻力所做的功相加即可得到總功:
W總 = W阻1 + W阻2 = - k(mg + mg)h/4 - k(mg - mg)h/2 = - 3kmgh/8
因此,青蛙跳躍過程中克服水的阻力所做的功為 - 3kmgh/8。這個結果與青蛙跳躍的高度無關,只與青蛙的質量、水的阻力系數以及跳躍過程中的速度有關。
答案:青蛙跳躍過程中克服水的阻力所做的功為 - 3kmgh/8。