Question

如圖甲所示是一打樁機的簡易模型。質(zhì)量m=1kg的物體在拉力F作用下從與釘子接觸處由靜止開始運動，上升一段高度后撤去F，到最高點后自由下落，撞擊釘子，將釘子打入一定深度。物體上升過程中，機械能E與上升高度h的關(guān)系圖象如圖乙所示。不計所有摩擦，g取10m/s²。求：

⑴物體上升到1m高度處的速度；

⑵物體上升1 m后再經(jīng)多長時間才撞擊釘子（結(jié)果可保留根號）；

⑶物體上升到0.25m高度處拉力F的瞬時功率。

 

Answer 1

⑴設(shè)物體上升到h₁=1m處的速度為v₁，由圖乙知

                                          2分

解得  v₁=2m/s                                             2分

⑵解法一：由圖乙知，物體上升到h₁=1m后機械能守恒，即撤去拉力F，物體僅在重力作用下先勻減速上升，至最高點后再自由下落．設(shè)向上減速時間為t₁，自由下落時間為t₂

對減速上升階段有      解得  t₁=0.2s                    1分

減速上升距離   =0.2m                                    1分

自由下落階段有       解得  s                 2分

即有     t=t₁+t₂=s                                           1分

解法二：物體自h₁=1m后的運動是勻減速直線運動，設(shè)經(jīng)t時間落到釘子上，則有

                                              3分

解得  t=s                                             2分

(3)對F作用下物體的運動過程，由能量守恒有

                                                  1分

     由圖象可得，物體上升h₁=1m的過程中所受拉力F=12N              1分

物體向上做勻加速直線運動，設(shè)上升至h₂=0.25m時的速度為v₂，加速度為a

由牛頓第二定律有                                    1分

由運動學公式有                                        1分

瞬時功率     P=Fv₂                                            1分

解得      P=12W                                              1分