CAP物理能量题怎么选系统?先确定哪些力做功

看到弹簧或高度变化就直接写机械能守恒,容易遗漏摩擦或外力。更稳妥的起点是画出对象和过程,说明系统里包含什么。下面是一道原创基础练习,不代表CAP实际题目难度。

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先把模型条件写完整

质量2.0千克的物块与劲度系数200牛/米的理想弹簧配合,弹簧压缩0.10米后从静止释放。水平面无摩擦,比较弹簧恢复自然长度时的速度,忽略弹簧质量。

选择物块和弹簧作为系统,重力势能在水平过程中不变,弹性势能转化为物块动能。若只选物块,弹簧力就是对物块做功的外力,两种表述应保持一致。

计算并检查量纲

初始弹性势能为kx²/2=200×0.10²/2=1.0焦耳。于是mv²/2=1.0,得到v=1.0米/秒。

压缩量要先以米代入,并对整个0.10求平方。能量单位为焦耳,最终速度单位应为米/秒;若把10厘米直接当成10米,结果会失去合理数量级。

加入摩擦以后怎样改写

若过程中有0.30焦耳机械能转化为内能,物块动能只剩0.70焦耳,速度为√0.70≈0.84米/秒。不能仍把全部1.0焦耳写成动能。

这里的损失量是练习给定条件。实际题目若给出摩擦力和位移,需要先依据方向计算做功,不能将“有摩擦”直接解释成一个随意的百分比。

用变式确认是否理解

把质量加倍而压缩量不变,储存的弹性势能不变,速度变为原来的1/√2。把压缩量加倍而质量不变,初始弹性能变为四倍,速度变为两倍。

复盘时分别记录系统边界、初末状态、外界能量交换和单位。比赛安排和参赛条件请查看CAP官方信息及所在地组织方的当前说明。

延伸阅读:CAP加拿大物理竞赛力学题怎么建模?受力图、加速度与拉力训练。

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