Question

一道有关能量转化的初中物理计算题

如图，一个重为50牛的物体，在F=10牛的外力作用下，自底端A匀速运动到B所需时间为2秒，斜高为1.5米，机械效率为75%。

（1）有一部分机械能转变成了哪种形式的能量？转变了多少？
（2）物体从A运动到顶点B的速度为多少？
斜高是指BC长

Answer 1

(1)部分机械能转化为了内（热 能），转变了25%
(2)物体质量m=G/g=50/10=5kg
机械效率η=75，即作用力75%做有用功，另外25%的作用力用来克服摩擦。
匀速运动，所以下滑分力Gsinα=F*75%，50sinα=10*75%，sinα=0.15
斜面长度S=H/sinα=1.5/0.15=10m
速度v = S/t = 10/2 = 5m/s

追问

1、物体在从A点到B点的过程中，速度不变，动能不变。那么处于均速运动的物体受到的是平衡力作用，那么物体沿斜面受到的摩擦力f大小是多大？是不是f=F=10N？

2、从A点到B点的过程中，外力F对物体所做的功，最后转化成了物体的重力势能，和物体与斜面摩擦产生的内能。那么这个内能最终是由摩擦转化的，是不是就是摩擦力f所做的功转化来的？

追答

1. 是平衡力。但不是f=F,应该是f和重力在斜面方向的分力，这两个力的合力等于F。

2. 是的。

Answer 2

（1）转化成了摩擦产生的内能和重力势能。
重力势能=mgh=50*1.5=75J
机械效率=75% 所以重力势能/（内能+重力势能）=75% 得到内能=25J

（2）外力做功=增加的内能+增加的重力势能 设AB长度为S
即FS=75+25=100J 得到S=10m
速度V=S/T=10/2=5m/s

追问

3、F所做的有用功就是物体增加的重力势能，即W=50N×1.5m=75J，则总功就是75J/75%=100J，额外功为100J-75J=25J。摩擦力f所做的功就是额外功吗？如果是，则斜面AB的长应为25J/10N=2.5m。