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必修2
第七章 机械能守恒定律
7.3 功率
功率的概念与计算
在巴黎奥运会网球比赛中,郑钦文获得女单网球冠军,创造了历史性的一刻。假设网球的质量为$m$,在某次击球过程中,网球水平飞来的速度大小为$v_{1}$,被水平击回的速度大小为$v_{2}$,击球点离地面高度为$h$,忽略空气阻力和网球的旋转。
击球时,球拍对网球水平方向的作用力为$F$,则$F$的作用时间为$(\qquad)$
$\\dfrac{mv_{1}}{F}$
","$\\dfrac{mv_{2}}{F}$
","$\\dfrac{m\\left( v_{2}+v_{1} \\right)}{F}$
","$\\dfrac{m\\left( v_{2}-v_{1} \\right)}{F}$
"]由题意,取网球水平被击回的速度为正方向,对网球根据动量定理有$Ft=mv_{2}-m(-v_{1})$
可得$F$的作用时间为$t=\dfrac{m(v_{2}+v_{1})}{F}$
故选:$\rm C$。
球拍击打网球的过程中,对网球做的功为$(\qquad)$
$\\dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}-\\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}$
","$\\dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}$
","$\\dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}+mgh$
","$\\dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}+mgh$
"]球拍击打网球的过程中,根据功能关系,可得球拍对网球做的功为$W=\dfrac{1}{2}mv_{2}^{2}- \dfrac{1}{2}mv_{1}^{2}$
故选:$\rm A$。
网球从被击出到落地的过程中,随时间保持不变的物理量是$(\qquad)$
位移的变化率
","速度的变化率
","动量的变化率
","动能的变化率
"]$\rm A$.网球从被击出到落地的过程中,网球位移的变化率为$\dfrac{\Delta x}{\Delta t}=v$
显然,网球的速度大小和方向均是不断变化的,故$\rm A$错误;
$\rm B$.网球从被击出到落地的过程中,网球做平抛运动,其速度的变化率为$\dfrac{\Delta v}{\Delta t}=a=g$,保持不变,故$\rm B$正确;
$\rm C$.网球从被击出到落地的过程中,网球做平抛运动,其动量的变化率为$\dfrac{\Delta p}{\Delta t}=F_{合}=mg$,保持不变,故$\rm C$正确;
$\rm D$.网球从被击出到落地的过程中,网球做平抛运动,根据动能定理,可得其动能的变化率为$\dfrac{\Delta E_{\rm k}}{\Delta t}=\dfrac{mgh}{t}=\dfrac{mg \times \dfrac{1}{2}gt^{2}}{t}=\dfrac{mg^{2}}{2}t$,显然随时间是变化的,故$\rm D$错误。
故选:$\rm BC$。
网球落地时速度大小$v$ ;
从击球点到落地点的水平距离$x=$ ;
网球落到地面时,重力的瞬时功率$P=$ 。
根据$h= \dfrac{v^{2}}{2g}$,可得网球落地时竖直方向的速度大小为$v_{y}=\sqrt{2gh}$
则落地时的速度大小为$v=\sqrt{v_{2}^{2}+v_{y}^{2}}=\sqrt{v_{2}^{2}+2gh}$
根据$h=\dfrac{1}{2}gt^{2}$,可得网球被击出后在空中的时间为$t=\sqrt{\dfrac{2h}{g}}$,则从击球点到落地点的水平距离$x=v_{2}t=v_{2}\sqrt{\dfrac{2h}{g}}$
网球落到地面时,重力的瞬时功率为$P_{G}=mgv_{y}=mg\sqrt{2gh}$
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