题目
质量为2kg的物体在合力F=6x+3(SI)的作用下从坐标原点处由静止开始运动,物体在x=4m处的速度为( )A. 2sqrt(15)m/sB. 4sqrt(15)m/sC. 6D. sqrt(15)m/s
质量为2kg的物体在合力F=6x+3(SI)的作用下从坐标原点处由静止开始运动,物体在x=4m处的速度为( )
A. 2$\sqrt{15}$m/s
B. 4$\sqrt{15}$m/s
C. 6
D. $\sqrt{15}$m/s
题目解答
答案
A. 2$\sqrt{15}$m/s
解析
考查要点:本题主要考查变力做功的计算及动能定理的应用。
解题核心思路:
- 变力做功:当力随位移变化时,需通过积分计算总功,即 $W = \int_{x_1}^{x_2} F(x) \, dx$。
- 动能定理:外力做功等于动能的增量,即 $W = \Delta KE = \frac{1}{2}mv^2 - 0$(初速度为0)。
破题关键:正确建立积分表达式并计算,再结合动能定理求解速度。
步骤1:计算变力所做的功
力的表达式为 $F(x) = 6x + 3$,从 $x=0$ 到 $x=4$ 的功为:
$W = \int_{0}^{4} (6x + 3) \, dx = \left[ 3x^2 + 3x \right]_{0}^{4} = 3(4)^2 + 3(4) - 0 = 60 \, \text{J}.$
步骤2:应用动能定理
初速度为0,末速度为 $v$,根据动能定理:
$W = \frac{1}{2}mv^2 \implies 60 = \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot v^2 \implies v^2 = 60 \implies v = \sqrt{60} = 2\sqrt{15} \, \text{m/s}.$