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）风力F2作用多长时间，小球的速度变为与初速度相同；
（3）小球回到x轴上时的动能．
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=
=0.40m/s2根据运动学公式，有F1 m
Vy=a1t=0.80m/s
Sy=
a1t2=0.80m1 2
Sx=V0t=0.80m
故合位移为
S=
=0.8
+S 2x S 2y
m≈1.13m即2.0s末小球在y方向的速度大小为0.80m/s，2.0s内运动的位移大小为1.13m．2
（2）根据牛顿第二定律，风力F2作用时物体的加速度为：a2=
=0.20m/s2F2 m
风力F2作用为：t=
=4.0svy a2
故风力F2作用4s的时间，小球的速度变为与初速度相同．
（3）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+
解得v
-′ 2y v 2y 2(-a2)
v′y=-
=-0.42a2Sy+ v 2y
m/s6
故合速度为
v=
=
+vv 2x ′ 2y
=0.40．42+(0.4
)26
m/s7
故小球回到x轴上时的动能为Ek=
mv2=0.28J．1 2