问题
问答题
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v0=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）小球回到x轴上时的动能大小．
答案
（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=
=F1 m
m/s2=0.4m/s2，0.20 0.5
则2s末y方向上的速度为：vy=a1t=0.4×2m/s=0.8m/s．
sy=
a1t2=1 2
×0.4×4m=0.8m；1 2
sx=v0t=0.4×2m=0.8m
则合位移的大小为：s=
=0.8sx2+sy2
m．2
（2）根据牛顿第二定律，风力F2作用时物体的加速度为：a2=
=F2 m
=0.2m/s2，0.1 0.5
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=sy+vy′2-vy2 2(-a2)
代入数据解得：vy′=-0.4
m/s，6
故合速度为：v=
=vx2+vy′2
=0.40．42+(0.4
)26
m/s．7
故小球回到x轴上时的动能为：Ek=
mv2=1 2
×0.5×(0.41 2
)2=0.28J．7
答：（1）2.0s末小球在y方向的速度大小为0.8m/s，2s内的位移大小为0.8
m．2
（2）小球回到x轴上时的动能大小为0.28J．