在长期的科学实践中,人类已经建立起各种形式的能量概念,如动能和势能。势能是由于物体间存在相互作用而具有的、由物体间相对位置决定的能。
(1)如图1(a)所示,小球甲由位置A无初速度释放,沿光滑轨道运动,先后经过B、C两位置到达水平光滑轨道。由于位置C的高度低于位置A,根据能量守恒定律,小球甲能沿C位置右侧的水平轨道继续运动下去不会返回。
若以位置B所在的水平面为参考平面,在图1(b)中画出小球甲从位置A运动到B的过程中重力势能EpG随下落高度h的变化曲线,并说明图线斜率绝对值的物理意义。
(2)如图2(a)所示,小球乙固定于光滑水平面的左端,其位置坐标为0cm,其右侧有一质量m=0.4kg的小球丙。假设乙、丙两球之间因存在某种相互作用而具有势能,相互作用力沿二者连线且随间距的变化而变化,有时表现为引力,有时表现为斥力。已知两球的势能Ep随丙球的位置坐标x的变化规律如图2(b)中的实线所示,曲线最低点的横坐标x0=20cm,当位置坐标大于20cm时,随着位置坐标的增大,两球势能增大的越来越缓慢,无限趋近虚线①。虚线①所对应的势能为0.26J,虚线②为势能曲线上某点的切线,切线斜率等信息可由下表提取。
位置坐标x(cm) | 4.0 | 7.0 | 14.0 | 16.0 |
势能Ep(J) | 0.40 | 0.26 | 0.05 | 0.02 |
该点切线斜率的绝对值k(J/m) | 5.6 | 3.8 | 2.0 | 1.5 |
b.如图2(c)所示,若将光滑水平面换成与水平方向夹角α=30°的光滑斜面,g取10m/s2,
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【答案】(1)变化曲线见解答,图线斜率绝对值的物理意义是小球所受重力大小;
(2)a、x1的取值范围应满足 0<x1≤7cm;
b、小球丙运动过程中达到最大速度的位置坐标为x2=14cm;最大速度为0.866m/s。
(2)a、x1的取值范围应满足 0<x1≤7cm;
b、小球丙运动过程中达到最大速度的位置坐标为x2=14cm;最大速度为0.866m/s。
【解答】
【点评】
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