Question

10．一棱长为10cm的正方体木块，从距离水平地面3m的高处由静止释放，空气阻力忽略不计，用压力传感器记录了从木块撞击地面开始到最后完全静止时的压力变化情况，并根据记录的数据绘制了压力随时间变化的关系图，如图所示，（g取10N/kg）求：
（1）木块下落过程中，重力所做的功；
（2）木块对地面的最大压强；
（3）从开始下落到完全静止的过程中，能量是怎样转化的？

Answer 1

分析 （1）根据绘制了压力随时间变化的关系图象，可得出木块静止时对地面的压力，利用F=G求木块重力，再利用W=Gh求得重力所做的功；
（2）由图得出最大压力，知道接触面积，利用压强公式求最大压强；
（3）动能大小的影响因素：质量、速度，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度，质量越大，高度越高，重力势能越大．

解答 解：
（1）根据压力随时间变化的关系图象可知，木块静止时对地面的压力F=5N，
则木块重力：
G=F=5N，
重力所做的功：
W=Gh=5N×3m=15J；
（2）由图象可知，木块撞击地面时的最大压力F_最大=35N，
底面积S=10cm×10cm=100cm²=0.01m²，
则木块对地面的最大压强：
p_最大=$\frac{{F}_{最大}}{S}$=$\frac{35N}{0.01{m}^{2}}$=3500Pa；
（3）木块从高处下落的过程中，从开始下落到完全静止的过程中能量的变化：①木块落地之前，木块的重力势能转化成动能（不计空气阻力）；②木块落地到最终静止，木块的机械能转化为内能．
答：（1）木块下落过程中，重力所做的功为15J；
（2）木块对地面的最大压强为3500Pa；
（3）木块落地之前，木块的重力势能转化成动能（不计空气阻力）；木块落地到最终静止，木块的机械能转化为内能．

点评 本题综合考查了重力、功的计算以及能量转化，能从图象中找出有用的信息是本题的关键．