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如图所示 质量m=1.0kg的物体 放在足够长的固定斜面底端 斜面倾角θ=37° 物体与斜

时间:2020-11-26 11:01:47

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如图所示 质量m=1.0kg的物体 放在足够长的固定斜面底端 斜面倾角θ=37° 物体与斜

问题补充:

如图所示,质量m=1.0kg的物体,放在足够长的固定斜面底端,斜面倾角θ=37°,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25.在通过细线用平行斜面向上的恒定拉力F=12.0N,将物体由静止开始沿斜面向上拉动的过程中,经过时间t1=2.0s,细线突然断了.求:

(1)细线断开时,物体运动速度v1的大小;

(2)从细线断开到物体返回斜面底端所用时间t.

答案:

解:

(1)物体在拉力F作用下沿斜面向上运动,受力如答图1:重力mg、拉力F、支持力N、滑动摩擦力f.

由牛顿第二定律得

?? F-mgsinθ-f=ma1

?? N-mgcosθ=0

又f=μN

联立得:=4.0?m/s2

所以细线断开时,物体速度的大小:v1=a1t1=4.0×2.0=8.0m/s

(2)细线刚断开时,物体上滑的位移为:?m

细线断开后物体沿斜面向上做匀减速运动,根据牛顿第二定律得

-mgsinθ-f=ma2

?? N-mgcosθ=0

?? 又f=μN???联立得到a2=-gsinθ-μgcosθ=-8.0?m/s2

由vt=v0-at,解得物体做匀减速运动到停止的时间:s=1.0?s

由vt2-v02=-2ax,解得匀减速运动到停止的位移:m

物体沿斜面向下做匀加速运动,由牛顿第二定律得

? f-mgsinθ=ma3

N-mgcosθ=0

又f=μN?? 解得a3=μgcosθ-gsinθ=-4.0?m/s2

设物体下滑的时间为t3,则

代入数据,解得:?s

所以从细线断开到物体返回斜面底端所用时间为:t=t2+t3=3.45s

答:从细线断开到物体返回斜面底端所用时间为3.45s.

解析分析:(1)物体在拉力F作用下沿斜面方向做匀加速直线运动,分析受力情况:重力mg、拉力F、支持力N、滑动摩擦力f,作出力图.物体垂直斜面方向处于平衡状态,根据力的正交分解法,由牛顿第二定律列方程求出加速度.再由速度公式求出细线断开时,物体运动速度v1的大小.

(2)细线断开后,物体受到重力mg、支持力N、滑动摩擦力f,作出力图,根据由牛顿第二定律求出加速度,由速度公式求出上滑的时间,由速度-位移关系式求出上滑的位移.由位移公式求出匀加速运动上滑的位移,得到物体沿斜面上滑的总位移.物体滑到最高点后,沿斜面向下做匀加速运动,受到重力、支持力和滑动摩擦力,作出力图,由牛顿定律求出加速度.由于下滑与上滑的位移大小相等,再由位移公式求出下滑的时间,最后求出细线断开到物体返回斜面底端所用时间t.

点评:本题应用牛顿第二定律与运动学公式结合解决复杂的动力学问题,也可以运用动量定理和动能定理结合求解.

如图所示 质量m=1.0kg的物体 放在足够长的固定斜面底端 斜面倾角θ=37° 物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.25.在通过细线用平行斜面向上的恒定拉力F=12.0

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