解题思路:了解问题的情景,运用牛顿第二定律求解加速度.
要找加速度最大,就要找合力最大位置.
速度最大位置一般出现在加速度为0的位置,运用动能定理求出最大速度.
(1)当x=0.5m时,F2=(2+2×0.5)N=3N
F1-F2=ma
a=
F1−F2
m=
4−3
2m/s2=0.5m/s2
(2)物体所受的合外力为F合=F1-F2=[4-(2+2x)]N=(2-2x)N
作出F合-x图如右图所示:
从图中可以看出,当x=0时,物体有最大加速度a0,
F0=ma0
a0=
F0
m=
2
2m/s2=1m/s2
当x=2m时,物体也有最大加速度a2.
F2=ma2
a2=
F2
m=
−2
2m/s2=-1m/s2
负号表示加速度方向向左.
(3)当物体的加速度为零时速度最大.从上述图中可以看出,当x=1m时,a1=0,速度v1最大.
从x=0至x=1m合外力所做的功为w合=[1/2]F0x=[1/2]×2×1J=1J
根据动能定理,有EK1-0=w合=[1/2]mv12=1J
所以当x=1m时,物体的速度最大,为v1=
2EK1
m=
2×1
2m/s=1m/s
答:(1)当位移为x=0.5m时物体的加速度0.5m/s2
(2)当x=0时,物体有最大加速度为1m/s2
当x=2m时,物体也有最大加速度为1m/s2
(3)当x=1m时,物体的速度最大为1m/s.
点评:
本题考点: 动能定理的应用;力的合成与分解的运用;牛顿第二定律.
考点点评: 能够运用数学图象处理物理问题.
能够用合力与位移的图象所包围的面积求解合力功.