1、求各点的速度(动能定理)
已知物块质量 ,动摩擦因数 ,重力加速度 ,位移间隔 ,初速度 。初始动能
摩擦力大小恒为 ,方向与运动方向相反。根据图(b) 图像,拉力 在各段随位移线性变化。
a OM 段()
拉力从 0 均匀增大到 ,拉力做功为图线下三角形面积:
摩擦力做功 。合外力做功
M 点动能
对应速度
b MN 段()
拉力从 均匀增大到 ,做功为梯形面积:
N 点动能
速度
c NQ 段()
拉力从 均匀减小到 ,做功同样为梯形面积:
Q 点动能
速度
2、比较瞬时功率 与
瞬时功率 ,代入各点数据:
显然 ,故 。据此排除 B、D 选项。
3、比较平均功率
平均功率 ,需结合各段做功与运动时间。
a 各段拉力做的功
由前面计算可知:
b 各段运动时间分析
OM 段与 MN 段
由动能定理可导出速度随位移的函数,分析发现 OM 段与 MN 段的速度大小关于 M 点()对称。具体而言,若物块在 OM 段某位置 ()的速度为 ,则在 MN 段对称位置 处的速度也为 。这意味着两段的速度-位移曲线镜像对称,且位移量相同(均为 ),因此通过这两段所用的时间相等:
由于 ,故
排除 A 选项。
MN 段与 NQ 段
两段位移相等,拉力做功相等。但 MN 段速度从 增加到 ,而 NQ 段速度从 增加到 。NQ 段的整体速度水平更高,平均速度更大,因此通过同样位移 的时间更短:
又因 ,可得
c 综合平均功率关系





夜雨聆风