问题 问答题

一个质量为2kg的物体静止在足够大的水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2.从t=0开始,物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F的作用,力F随时间的变化规律如图所示.重力加速度g=10m/s2

求:

(1)0~2s时间内物块运动的加速度a1的大小和方向;

(2)t=2s时物块运动的瞬时速度v1的大小和方向;

(3)0~6s时间内物块运动的位移的大小和方向.

答案

(1)据牛顿第二定律知:F-μmg=ma1

a1=

8-0.2×2×10
2
=2m/s2

加速度a1的方向向右.

(2)据速度公式有:v1=a1t1=2×2=4m/s

速度v1的方向向右.

(3)0~2s时间内物块运动的位移为

x1=

1
2
a1t12=
1
2
×2×22=4(m),方向向右;

2~4s时间内,物块先向右匀减速运动至速度为零,令加速度a2,用时t2

据牛顿第二定律有:a2=

F+μmg
m
=
6+0.2×2×10
2
=5m/s2,方向向左

据速度公式有:0=v1+a2t2

t2=

0-v1
a2
=
0-4
-5
=0.8(s)

物体向右匀减速运动的位移:

x2=v1t2+

1
2
a2t22=4×0.8+
1
2
×(-5)×0.82=1.6(m)

2.8~4s时间内物块将向左静止开始匀加速运动,令加速度为a3,据牛顿第二定律有:a3=

F-μmg
m
=
6-0.2×2×10
2
=1m/s2,方向向左;

物体向左静止开始匀加速运动的位移:x3=

1
2
a3t32=
1
2
×(-1)×1.22=-0.72(m),

4s时物体的速度:v3=a3t3=-1×1.2=-1.2(m/s),向左

4~6s时间内物块先向左匀减速运动,令加速度为a4,据牛顿第二定律知:a4=6m/s2

令向左匀减速到静止所用时间为t4,据速度公式有:

0=v3+a4t4

解得:t4=

0-v3
a4
=
0-(-1.2)
6
=0.2(s)

向左匀减速运动的位移:x4=

v3+0
2
t4=
-1.2+0
2
×0.2=-0.12(m)之后,4.2s~6s时间内物块从静止开始向右匀加速运动,

加速度a5=a1=2m/s2

向右运动的位移:x5=

1
2
a5t52=
1
2
×2×1.82=3.24(m)

0~6s时间内的总位移:x=x1+x2+x3+x4+x5=4.0+1.6+(-0.72)+(-0.12)+3.24=8.0(m)

方向向右.

答:(1)0~2s时间内物块运动的加速度2m/s2方向向右. (2)t=2s时物块运动的瞬时速度大小4m/s方向向右.(3)0~6s时间内物块运动的位移的大小8.0(m)方向向右.

单项选择题
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