问题 问答题

如图所示,一倾角为37°的斜面固定在水平地面上,质量为1千克的物体在平行于斜面向上的恒力F作用下,从斜面的底端A点由静止开始运动,到达B点时立即撤去拉力F.此后,物体到达最高点C.每隔0.2s通过位移传感器测得物体的瞬时速度的大小,下表给出了部分测量数据.(取sin37°=0.6,cos37°=0.8)

t/s00.20.40.60.81.01.2
v/ms-10.01.02.00.10.50.9
试求:

(1)恒力F的大小;

(2)0.6s时物体的瞬时速度;

(3)物体在斜面上运动过程中重力的最大功率;

(4)物体在斜面上运动的过程中,地面对斜面的摩擦力.

答案

(1)物体现在拉力作用下做匀加速运动,撤去外力后做匀减速运动,到达最高点后做匀加速直线运动,三个阶段的加速度分别为:a1=

△v1
△t1
=
1
0.2
=5m/s2

a3=

△v3
△t3
=
0.4
0.2
=2m/s2

ma3=mgsinθ-μmgcosθ

解得:μ=0.5

根据牛顿第二定律得:a2=

μmgcosθ+mgsinθ
m
=10m/s2

加速阶段中由牛顿第二定律得:F-mgsinθ-f=ma1

减速阶段中由牛顿第二定律得:mgsinθ+f=ma2

由上两式代入数据得:F=m(a1+a2)=15N

(2)速度为零的时刻为:t=t'-

v0-0
a3
(其中:v0=0.1m/s,t'=0.8s)

解得:t=0.75s

撤去外力,撤力瞬间速度最大,

a1t=v0+a2(t'-t)(其中:v0=0,t'=0.75s)

解得t=0.5s

所以0.6s时物体处于匀减速上升状态,速度v=(0.75-0.6)×10=1.5m/s

(3)撤力瞬间速度最大,vmaxs=2+5×(0.5-0.4)m/s=2.5m/s

所以物体在斜面上运动过程中重力的最大功率P=mgvmaxsinθ=1×10×2.5×0.6W=15W

(4)斜面处于静止状态,水平方向手里平衡,在上升阶段,f=ma2cosθ=8N,方向向右;

下滑阶段,f′=ma3cosθ=1.6N,方向向右

答:(1)恒力F的大小为15N;

(2)0.6s时物体的瞬时速度为1.5m/s;

(3)物体在斜面上运动过程中重力的最大功率为15W;

(4)物体在斜面上运动的过程中,地面对斜面的摩擦力在上升阶段,f=ma2cosθ=8N,方向向右;

下滑阶段,f′=ma3cosθ=1.6N,方向向右.

单项选择题
单项选择题 案例分析题