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)

(1)物体上滑过程,根据动能定理得
-(mgxsinθ+μmgcosθ)x=0-
mv02 ①1 2
根据牛顿第二定律得,
物体上滑过程的加速度大小为a1=
=g(sinθ+μcosθ)=10×(0.8+0.8×0.6)m/s2=12.8m/s2 ②mgsinθ+μmgcosθ m
物体下滑过程的加速度大小为a2=
=g(sinθ-μcosθ)=10×(0.8-0.8×0.6)m/s2=3.2m/s2 ③mgsinθ-μmgcosθ m
由公式x=
at2得:1 2
物体上滑所用时间为 t1=
④2x a1
物体下滑时间为t2=
⑤2x a2
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=
mv 2 ⑦1 2
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′=
=g(sinθ+μcosθ)=10×(0.6+0.8×0.8)m/s2=12.4m/s2mgsinθ+μmgcosθ m
上滑时间:t1′=
=v0 a1′
s=6.4 12.4
s<1s 16 31
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′=
=v0′2 2a1′
m=1.7m6.42 2×12.4
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.