教育 物理

觀念物理:力學定律之系統取定

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撰文者:張慧貞
發文日期:2018-08-17
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  • 觀念物理:力學定律之系統取定

     

    看過玩滑板的酷哥酷妹,在曲面上滑行的神奇美技,有沒有想過他們是怎麽辦到的呢?除了有過人的膽識及反覆練習之外,若能掌握相關的力學概念,就更能享受滑板的快感了。透過本單元,讓我們來探討曲面滑行的力學原理,尤其是守恆原理的系統取定,以及觀察點的選取。
     

    力學1

    小試身手

    力學2
    圖一


    圖1所示,一個小球,靜置於半徑為R的半圓弧木塊頂端 (P點),放手後,小球滑至木塊底部 (O點) 時,速率為V0(相對於地面)。已知小球質量為m,弧形木塊質量為3m。假設木塊與小球間,木塊與地板間,均為光滑無摩擦(小球只有滑動,不會滾動)。則

    1. 以地面為觀察點,當小球滑至O點瞬間,小球與木塊的動能關係為何?
      (A) 小球動能較大  (B) 木塊動能較大  (C) 兩者相等  (D) 無法判斷
    2. 承上題,當小球滑至O點瞬間,小球與木塊的動量大小,關係為何?
      (A) 小球動量較大  (B) 木塊動量較大  (C) 兩者相等  (D) 無法判斷
    3. 小球在O點的向心力(Fc)大小,應為何?
      (A) Fc=mv02 /R (B) Fc>mv02 /R  (C) Fc02 /R  (D) 無法判斷
    4. 小球在O點之正向力(N),重力(Fg),向心力(Fc)的關係,以下何者正確?
      (A) N=Fg  (B) N=F
      c  (C) N=Fg+Fc  (D) N=Fg-Fc  (E) 以上皆非
    5. 承上題,小球在O點所受的合力大小應為何?
      (A) Fg   (B) F
      c  (C) Fg+Fc   (D) Fg-Fc  (E) 合力=0
    6. 以地面為觀察點,小球從P點滑至O點的過程,若小球的動能變化為Ek1,小球的位能變化為∆U1,木塊的動能變化為Ek2則重力對小球的作功,等於下列何者?
      (A) Ek1 (B)∆U1   (C) Ek1+∆U1  (D)  Ek1+ Ek2  (E) ∆U1+Ek1+ Ek2
    7. 承上題,從P點滑至O點的過程,小球的「力學能」是否守恆?
      (A) 是  (B) 否 
    8. 承上題,小球從P點滑至O點的過程,木塊的動能變化(Ek2),等於以下何者?
      (A) 重力對小球作功  (B) 重力對木塊作功 
      (C) 小球對木塊之正向力作功  (D) 木塊對小球之正向力作功  (E) 以上皆非
    9. 承上題,小球受到木塊作用的正向力作功,應為正、負、或是零?
      (A) 作正功  (B) 作負功  (C) 不作功


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