问题 问答题

足够长的倾角θ=53°的斜面固定在水平地面上,一物体以v0=6.4m/s的初速度,从斜面底端向上滑行,该物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.8,如图所示.(sin53°=0.8,cos53°=0.6,g取10m/s2

(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间;

(2)求返回斜面底端时的速度;

(3)若仅将斜面倾角θ变为37°,其他条件不变,试求物体在开始第1s内的位移大小.(结果保留2位有效数字)

答案

(1)物体上滑过程,根据动能定理得

-(mgxsinθ+μmgcosθ)x=0-

1
2
mv02        ①

根据牛顿第二定律得,

物体上滑过程的加速度大小为a1=

mgsinθ+μmgcosθ
m
=g(sinθ+μcosθ)=10×(0.8+0.8×0.6)m/s2=12.8m/s2   ②

物体下滑过程的加速度大小为a2=

mgsinθ-μmgcosθ
m
=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.8-0.8×0.6)m/s2=3.2m/s2     ③

由公式x=

1
2
at2得:

物体上滑所用时间为   t1=

2x
a1
    ④

物体下滑时间为t2=

2x
a2
         ⑤

物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间  t=t1+t2     ⑥

①→⑥联立得:t=1.5s

(2)物体下滑过程,根据动能定理得

(mgxsinθ-μmgcosθ)x=

1
2
mv 2    ⑦

①⑦联立得:v=3.2m/s

(3)当θ=37°时由牛顿第二定律得:

物体上滑过程的加速度大小为a1′=

mgsinθ+μmgcosθ
m
=g(sinθ+μcosθ)=10×(0.6+0.8×0.8)m/s2=12.4m/s2

上滑时间:t1′=

v0
a1
=
6.4
12.4
s=
16
31
s<1s     

又因为tanθ=0.75<0.8 所以物体滑到最顶端后不再下滑,保持静止.

得物体在开始第1s内的位移大小:x′=

v02
2a1
=
6.42
2×12.4
m=1.7m

答:(1)求物体从开始到再次返回斜面底端所需的时间为1.5s;

(2)求返回斜面底端时的速度3.2m/s;

(3)物体在开始第1s内的位移大小为1.7m.

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