题目内容

【题目】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及其量度的方法,其中一种能量是势能。势能是由于各物体间存在相互作用而具有的、由各物体间相对位置决定的能。如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等。

1)如图1所示,内壁光滑、半径为R的半圆形碗固定在水平面上,将一个质量为m的小球(可视为质点)放在碗底的中心位置C处。现给小球一个水平初速度v0v0<),使小球在碗中一定范围内来回运动。已知重力加速度为g

a. 若以AB为零势能参考平面,写出小球在最低位置C处的机械能E的表达式;

b. 求小球能到达的最大高度h;说明小球在碗中的运动范围,并在图1中标出。

2)如图2所示,ab为某种物质的两个分子,以a为原点,沿两分子连线建立x轴。如果选取两个分子相距无穷远时的势能为零,则作出的两个分子之间的势能EP与它们之间距离xEP-x关系图线如图3所示。

假设分子a固定不动,分子b只在ab间分子力的作用下运动(在x轴上)。当两分子间距离为r0时,b分子的动能为EK0EK0<EP0)。求ab分子间的最大势能EPm;并利用图3,结合画图说明分子bx轴上的运动范围。

【答案】1a.b.2x=x2-x1

【解析】

1a.小球的机械能

b.以水平面为零势能参考平面

根据机械能守恒定律

解得

小球在碗中的MN之间来回运动,MN等高,如图所示。

2)当b分子速度为零时,此时两分子间势能最大根据能量守恒,有

图线可知,当两分子间势能为时,b分子对应两个位置坐标,b分子的活动范围

x=x2-x1

如图所示。

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