问题 填空题

一物体从倾角为θ的固定长直斜面顶端由静止开始下滑,已知斜面与物体间的动摩擦因数μ与物体离开斜面顶端距离x之间满足μ=kx(k为已知量),则物体刚下滑时加速度大小为______,下滑过程中速度最大值为______.(重力加速度为g)

答案

(1)物体刚下滑时,只受重力作用,物体所受重力沿斜面向下的分力F=mgsinθ,根据牛顿第二定律,物体此时产生的加速度

a=

F
m
=gsinθ

(2)当物体的加速度为0时,物体的速度最大,故此时物体所受摩擦力与重力沿斜面向下的分力大小相等,即:

f=μmgcosθ=mgsinθ

又因为:μ=kx

所以:kxmgcosθ=mgsinθ可得此时物体的位移x=

tanθ
k

从开始下滑到物体速度最大时物体产生的位移为x,故在此过程中重力对物体所做的功为:

WG=mgxsinθ=mg

tanθ
k
sinθ

在些过程中摩擦力为变力,摩擦力大小为

f=μmgcosθ=kxmgcoθ摩擦力大小随位移增大而均匀增大,故摩擦力在位移x中的所做的功

Wf=-

1
2
mgcosθ•x2=-
1
2
kmgcosθ•
tan2θ
k

根据动能定理有:WG+Wf=

1
2
m
v2max
-0

vmax=

mg
tanθ
k
sinθ-
1
2
kmgcosθ•
tan2θ
k
1
2
m
=
gsinθtanθ
k

故答案为:gsinθ,

gsinθtanθ
k

选择题
多项选择题