1.如圖所示,在水平面軌道兩側安放一直徑為R的豎直方形光滑軌道,水平軌道的PQ段鋪裝特殊材料,調節其初始寬度為L,水平軌道兩側有一輕質彈簧上端固定,彈簧處于自然伸長狀態。小物塊A(可視為質點)從軌道兩側以初速率
沖上軌道,通過矩形軌道、水平軌道后壓縮彈簧并被彈簧以原速度彈回,經水平軌道返回方形軌道。已知
物塊A質量為
與PQ段間的動磨擦質數
軌道其他部份磨擦不計,取
。
(1)求物塊A與彈簧剛接觸時速率大小;
(2)求物塊A被彈簧以原速度彈回后返回到方形軌道的高度;
(3)調節PQ段的寬度L,A仍以
從軌道兩側沖上軌道,當L滿足哪些條件時,物塊A被彈簧后能返回方形軌道且能順著軌道運動而不脫離軌道?
規律方式
(1)應用動能定律涉及一個過程,兩個狀態.所謂一個過程是指做功過程,應明晰該過程各外力所做的總功;兩個狀態是指初末兩個狀態的動能.
(2)動能定律應用的基本步驟是:①選取研究對象,明晰并剖析運動過程.②分析受力及各力做功的情況,受什么力?每位力是否做功?在哪段位移過程中做功?正功?負功?做多少功?求出代數和.③明確過程始末狀態的動能
及
④列多項式
,必要時注意剖析題目的潛在條件,補充等式進行求解.
2、應用動能定律的優越性
(1)因為動能定律反映的是物體兩個狀態的動能變化與其合力所做功的量值關系,所以對由初始狀態到中止狀態這一過程中物體運動性質、運動軌跡、做功的力是恒力還是變力等眾多問題毋須加以追究,就是說應用動能定律不受這種問題的限制.
(2)通常來說,用牛頓第二定理和運動學知識求解的問題,用動能定律也可以求解,并且常常用動能定律求解簡捷.但是,有些用動能定律才能求解的問題,應用牛頓第二定理和運動學知識卻難以求解.可以說,熟練地應用動能定律求解問題,是一種高層次的思維和方式,應當提高用動能定律解題的主動意識.
(3)用動能定律可求變力所做的功.在個別問題中,因為力F的大小、方向的變化,不能直接用
求出變力做功的值,但可由動能定律求解.
3、應用動能定律要注意的問題
注意1.因為動能的大小與參照物的選擇有關,而動能定律是從牛頓運動定理和運動學規律的基礎上推論下來,因而應用動能定律解題時,動能的大小應選定月球或相對月球做勻速直線運動的物體作參照物來確定.
注意2.用動能定律求變力做功,在個別問題中因為力F的大小的變化或方向變化,所以不能直接由
求出變力做功的值.此時可由其做功的結果——動能的變化來求變為F所做的功.
注意3.區別動量、動能兩個數學概念.動量、動能都是描述物體某一時刻運動狀態的狀態量,動量是矢量,動能是標量.動量的改變必須經過一個沖量的過程,動能的改變必須經過一個做功的過程.動量是矢量,它的改變包括大小和方向的改變或則其中之一的改變.而動能是標量,它的改變僅是數目的變化.動量的數目與動能的數目可以通過
聯系在一起動能定理實驗,對于同一物體來說動能定理實驗,動能EK變化了,動量P必然變化了,但動量變化了動能不一定變化.比如動量僅僅是方向改變了,這樣動能就不改變.對于不同的物體,還應考慮質量的多少.
注意4.動量定律與動能定律的區別,兩個定律分別描述了力對物體作用效應,動量定律描述了為對物體作用的時間積累效應,使物體的動量發生變化,且動量定律是矢量武;而動能定律描述了力對物體作用的空間積累效應,使物體的動能發生變化,動能定律是標量式。所以兩個定律分別從不同角度描述了為對物體作用的過程中,使物體狀態發生變化規律,在應用兩個定律解決數學問題晚要依照題目要求,選擇相應的定律求解。