以下是物理力学经典例题的整理,涵盖牛顿运动定律、功与能、动量守恒等核心内容,并附上详细解析:
一、牛顿运动定律应用
-
水平拉力问题
质量2kg的物体在10N水平拉力作用下,求加速度。 解 :根据牛顿第二定律,$a = \frac{F}{m} = \frac{10\ \text{N}}{2\ \text{kg}} = 5\ \text{m/s}^2$ 。
-
重力加速度计算
质量0.5kg的物体受5N重力,求重力加速度。 解 :$g = \frac{F}{m} = \frac{5\ \text{N}}{0.5\ \text{kg}} = 10\ \text{m/s}^2$ 。
-
合力与加速度
质量4kg的物体同时受10N和8N水平力,求加速度。 解 :合外力$F = 10\ \text{N} - 8\ \text{N} = 2\ \text{N}$,$a = \frac{2\ \text{N}}{4\ \text{kg}} = 0.5\ \text{m/s}^2$ 。
二、功与能转换
-
斜面问题
质量2kg的物体在斜面受10N垂直力(重力分力)和4N沿斜面力,斜面倾角30°,求加速度。 解 :
-
沿斜面合力$F_2 = mg\sin\theta = 2 \times 9.8 \times \sin30° = 9.8\ \text{N}$
-
根据牛顿第二定律,$a = \frac{F_2}{m} = \frac{9.8\ \text{N}}{2\ \text{kg}} = 4.9\ \text{m/s}^2$ 。
-
-
浮力计算
质量$3 \times 10^{-2}\ \text{kg}$物体排开$2 \times 10^{-5}\ \text{m}^3$水,求浮力。 解 :$F_{\text{浮}} = \rho g V_{\text{排}} = 1000\ \text{kg/m}^3 \times 9.8\ \text{N/kg} \times 2 \times 10^{-5}\ \text{m}^3 = 0.196\ \text{N}$ 。
三、动量守恒与能量转换
-
碰撞问题
质量1kg的物体以6m/s撞击质量5kg的静止档板,求碰撞后档板速度。 解 :
-
碰撞前总动量$P = 1 \times 6 = 6\ \text{kg·m/s}$
-
碰撞后系统静止,设档板速度为$v$,则$1 \times 6 = (1 + 5) \times v$
-
解得$v = 1\ \text{m/s}$ 。
-
-
弹簧压缩问题
质量3kg木板右端放1kg铁块,铁块以4m/s撞击弹簧后停止,求弹簧最大弹性势能。 解 :
-
碰撞前总动量$P = 1 \times 4 = 4\ \text{kg·m/s}$
-
碰撞后共同速度$v = \frac{4}{3+1} = 1\ \text{m/s}$
-
弹簧压缩量最大时动能损失为$6\ \text{J}$(通过能量守恒计算)
-
所以$E_p = 8\ \text{J} - 2\ \text{J} - 6\ \text{J} = 3\ \text{J}$ 。
-
四、机械效率与能量损耗
-
滑轮组效率
用滑轮组提升相同质量的物体,甲图(n=2)与乙图(n=3)的机械效率关系。 解 :甲图效率