题目内容

4.质量为10kg的小球从20m高处自由落下,当小球的速度恰好等于落地速度的一半时,它距地面的高度是多少?此时小球的重力势能和动能各是多少?

分析 自由落体运动是初速度为零加速度为零g的匀加速直线运动,根据位移与速度关系公式求解它距地面的高度,由重力势能的定义求出重力势能,由动能的定义式求出动能.

解答 解:设小球落地时的速度大小为v,由:v2-v02=2gx
得:v2-0=2gh…①
($\frac{v}{2}$)2-0=2gh′…②
由①②解得:h′=0.25h=0.25×20=5m
此时物体的高度:H=h-h′=20-5=15m
运动的过程中物体的机械能守恒,取地面为零势能面,重力势能:EP=mgH=10×10×15=1500J
根据机械能守恒可得
mgH+Ek=mgh
代入数据得小球的动能:Ek=500J
答:它距地面的高度是10m,小球的重力势能是1500J,动能都是500J.

点评 本题是对机械能守恒的直接应用,掌握住机械能守恒定律即可,题目比较简单.

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