Question

5．如圖所示，一物體m在沿斜面向上的恒力F作用下，由靜止從底端沿光滑的斜面向上做勻加速直線運動，經(jīng)時間t力F做功為60J，此后撤去恒力F，物體又經(jīng)t時間回到出發(fā)點，取g=10m/s²，若以地面為零勢能面，下列說法不正確的是（　�。�

• A． 物體回到出發(fā)點時動能是60J
• B． 開始時物體所受恒力F=2mgsin θ
• C． 撤去力F時物體的重力勢能是45J
• D． 物體的動能與勢能相等的位置在撤去力F的位置的下方

Answer 1

分析 根據(jù)動能定理求出物體回到出發(fā)點的動能．假設(shè)撤去F時物體的速度大小為v．撤去F后物體做勻減速直線運動，其位移與勻加速運動的位移大小相等，根據(jù)運動學(xué)公式求出物體回到出發(fā)點的速度，得到其動能．根據(jù)動量定理求解F的大�。�根據(jù)F與mg的關(guān)系，由動能定理求解撤去力F時，物體的重力勢能．

解答 解：A、根據(jù)動能定理得：對整體運動過程：W_F=E_k-0，得到：物體回到出發(fā)點時的動能E_k=W_F=60J．故A正確．
B、設(shè)撤去F時物體的速度大小為v，物體回到出發(fā)點時的速度大小為v′，取沿斜面向上方向為正方向．據(jù)題分析得知，撤去F后t時間內(nèi)物體做勻減速直線運動的位移與t時間內(nèi)勻加速直線運動的位移大小相等，方向相反，則有$\frac{vt}{2}=-\frac{v+v′}{2}•t$，根據(jù)v′=2v．
根據(jù)動量定理得：
勻加速運動過程：Ft-mgsinθt=mv
勻減速運動過程：-mgsinθt=-mv′-mv
聯(lián)立解得：F=$\frac{4}{3}$mgsinθ．故B不正確．
C、勻加速運動過程：W_F=Fs=60J，將F=$\frac{4}{3}$mgsinθ代入得到：$\frac{4}{3}$mgsinθ•s=60J，得到：mgsinθ•s=45J．則撤去力F時，物體的重力勢能是E_p=mgsinθ•s=45J．故C正確．
D、撤去F時物體的動能為E_k=W_F-mgsinθ•s=60J-45J=15J，撤去力F時，物體的重力勢能是E_p=45J．可見此時物體的動能小于重力勢能，撤去后物體的動能減小，而重力勢能增大，則動能與勢能相同的位置在撤去力F之前的某位置．故D正確．
本題選不正確的，故選：B

點評 本題是動能定理、動量定理、運動學(xué)公式等等力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用，關(guān)鍵要抓住兩個過程之間的位移關(guān)系和時間關(guān)系，確定末速度的關(guān)系．