Question

15．2011年3月11日，日本大地震以及隨后的海嘯給日本帶來了巨大的損失，災(zāi)后某中學(xué)的部分學(xué)生組成了一個(gè)課題小組，對(duì)海嘯的威力進(jìn)行了模擬研究，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲所示的模型：在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m=4kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，推力F隨位移x變化的圖象如圖乙所示，已知物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，g=10m/s²．
（1）運(yùn)動(dòng)過程中物體的最大加速度為多少？
（2）在距出發(fā)點(diǎn)多遠(yuǎn)處物體的速度達(dá)到最大？
（3）物體在水平面上運(yùn)動(dòng)的最大位移是多少？

Answer 1

分析 根據(jù)牛頓第二定律，當(dāng)物體的合力最大時(shí)，其加速度最大．由圖讀出推力的最大值即可求出最大加速度．分析物體的運(yùn)動(dòng)情況：物體先加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)合力為零為后做減速運(yùn)動(dòng)．速度最大時(shí)推力就能得到，再由圖讀出位移．由動(dòng)能定理可求出最大位移．

解答 解：（1）由牛頓第二定律，得F-μmg=ma，
當(dāng)推力F=100N時(shí)，物體所受的合力最大，加速度最大
代入解得解得a=$\frac{F}{m}$-μg=$\frac{100}{4}$-0.5×10=20m/s²
（2）由圖象可得推力隨位移x是變化的，當(dāng)推力等于摩擦力時(shí)，加速度為0，速度最大
則F=μmg=0.5×40=20N
由圖得到F與x的函數(shù)關(guān)系式F=100-25x
則得到x=3.2m
（3）由圖象得到推力對(duì)物體做功等于“面積”，得推力做功W=200J
根據(jù)動(dòng)能定理W-μmgx_m=0
代入數(shù)據(jù)得x_m=10m
答：（1）運(yùn)動(dòng)過程中物體的最大加速度為20m/s²
（2）在距出發(fā)點(diǎn)3.2m處時(shí)物體的速度達(dá)到最大
（3）物體在水平面上運(yùn)動(dòng)的最大位移是10m．

點(diǎn)評(píng) 本題就注意明確兩點(diǎn)：一是分析物體的運(yùn)動(dòng)過程，得出速度最大的條件；二是能理解圖象的物理意義，“面積”等于推力做功，是這題解題的關(guān)鍵．