Question

【题目】风洞是研究空气动力学的实验设备。如图，将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3.2 m处，杆上套一质量m=3 kg，可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15 N，方向水平向左。小球以初速度v0=8 m/s向右离开杆端，假设小球所受风力不变，取g=10m/s2。求：

（1）小球落地所需时间和离开杆端的水平距离；

（2）小球落地时的动能。

（3）小球离开杆端后经过多少时间动能为78 J？

Answer 1

【答案】（1）4.8 m （2）120 J （3）0.24 s

【解析】试题分析：（1）由题意可得小球在竖直方向做自由落体运动，由公式

带入数据可得运动时间为（1分）

小球在水平方向做匀减速运动，由牛顿第二定律

带入数据可得加速度为：（1分）

水平位移公式为：

带入数据可得位移为： （1分）

（2）以小球为研究对象，令小球的初动能为，末动能为

由动能定理（1分）

带入数据可得（1分）

（3）小球离开杆后经过时间t的水平位移（1分）

下落的高度为H，

由动能定理（1分）

将和代入得

带入数据得 ， （1分）