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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v=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．

（1）小球受重力、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，根据运动的合成与分解的知识进行分析计算；（2）当y方向的分速度减为零时，小球的速度变为与初速度相同，根据运动学公式列式求解即可；（3）根据运动学公式和牛顿第二定律先分析清楚y方向的运动规律，然后根据运动学公式求出回到x轴时物体的速度，得到动能．【解析】（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=根据运动学公式，有 Vy=a1t=0.80m/s Sy=a1t2=0.80m Sx=Vt=0.80m 故合位移为 S=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）根据牛顿第二定律，风力F2作用时物体的加速度为：a2==0.20m/s2 风力F2作用为：t==4.0s 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=解得 =-0.4m/s 故合速度为 =0.4m/s 故小球回到x轴上时的动能为．

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考点分析：

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试题属性

题型：解答题
难度：中等