题目内容
风洞实验室能产生大小和方向均可改变的风力．如图所示，在风洞实验室中有足够大的光滑水平面，在水平面上建立xOy直角坐标系．质量m=0.5kg的小球以初速度v=0.40m/s从O点沿x轴正方向运动，在0～2.0s内受到一个沿y轴正方向、大小F1=0.20N的风力作用；小球运动2.0s后风力方向变为y轴负方向、大小变为F2=0.10N（图中未画出）．试求：（1）2.0s末小球在y方向的速度大小和2.0s内运动的位移大小；
（2）风力F2作用多长时间，小球的速度变为与初速度相同；
（3）小球回到x轴上时的动能．
【答案】分析：（1）小球受重力、支持力和风的推力，在x方向不受外力，做匀速直线运动，在y方向受到恒定的力，故y方向做匀变速直线运动，根据运动的合成与分解的知识进行分析计算；（2）当y方向的分速度减为零时，小球的速度变为与初速度相同，根据运动学公式列式求解即可；
（3）根据运动学公式和牛顿第二定律先分析清楚y方向的运动规律，然后根据运动学公式求出回到x轴时物体的速度，得到动能．
解答：解：（1）球受重力、支持力和风的推力，在x方向不受外力，做匀速直线运动，在y方向受到恒定的力，故y方向做匀变速直线运动；
设在0～2.0s内小球运动的加速度为a1，则根据牛顿第二定律，有F1=ma1
解得：a1=
根据运动学公式，有
Vy=a1t=0.80m/s
Sy=
a1t2=0.80m
Sx=Vt=0.80m
故合位移为
S=
即2.0s末小球在y方向的速度大小为0.80m/s，2.0s内运动的位移大小为1.13m．
（2）根据牛顿第二定律，风力F2作用时物体的加速度为：a2=
=0.20m/s2
风力F2作用为：t=
=4.0s
故风力F2作用4s的时间，小球的速度变为与初速度相同．
（3）小球回到x轴上，则y方向的分位移为零，根据运动学公式，有
0=
解得
=-0.4
m/s
故合速度为
=0.4
m/s
故小球回到x轴上时的动能为
．
点评：本题关键要将小球的运动沿着x、y方向正交分解，x方向做匀速直线运动，y方向做匀变速直线运动，然后根据运动学公式进行列式求解．
（3）根据运动学公式和牛顿第二定律先分析清楚y方向的运动规律，然后根据运动学公式求出回到x轴时物体的速度，得到动能．
解答：解：（1）球受重力、支持力和风的推力，在x方向不受外力，做匀速直线运动，在y方向受到恒定的力，故y方向做匀变速直线运动；
设在0～2.0s内小球运动的加速度为a1，则根据牛顿第二定律，有F1=ma1
解得：a1=
根据运动学公式，有Vy=a1t=0.80m/s
Sy=
a1t2=0.80mSx=Vt=0.80m
故合位移为
S=
即2.0s末小球在y方向的速度大小为0.80m/s，2.0s内运动的位移大小为1.13m．（2）根据牛顿第二定律，风力F2作用时物体的加速度为：a2=
=0.20m/s2风力F2作用为：t=
=4.0s故风力F2作用4s的时间，小球的速度变为与初速度相同．
（3）小球回到x轴上，则y方向的分位移为零，根据运动学公式，有
0=
解得=-0.4m/s故合速度为
=0.4m/s故小球回到x轴上时的动能为
．点评：本题关键要将小球的运动沿着x、y方向正交分解，x方向做匀速直线运动，y方向做匀变速直线运动，然后根据运动学公式进行列式求解．
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