问题 问答题

已知一足够长斜面倾角为θ=37°,一质量m=10kg物体,在斜面底部受到一个沿斜面向上的F=100N的力作用由静止开始运动,物体在2秒内位移为4m,2秒末撤去力F,(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:

(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ;

(2)从撤去力F开始2秒末物体的速度v.

(3)从撤去力F开始多长时间后物体回到斜面体的底部.

答案

(1)设物体在前2s内的加速度大小为a1,由x1=

1
2
a1
t21

a1=

2x1
t21
=2m/s2

物体匀加速运动的过程中,受到重力mg、斜面的支持力N、摩擦力f和拉力F,根据牛顿第二定律得

   F-f-mgsin37°=ma1

又f=μN=μmgcos37°

代入解得,μ=0.25

(2)撤去F后,物体继续向上做匀减速运动,当速度减小到零时,物体的位移达到最大值.设这个过程中物体的加速度大小为a2,位移大小为x2,时间为t2,刚撤去F时物体的速度大小为v1,则有v1=a1t1=4m/s

根据牛顿第二定律得:

f+mgsin37°=ma2

解得a2=8m/s2

t2=

v1
a2
=0.5s,

由02-v12=-2a2x2

x2=

v21
2a2
=1m

所以从开始运动起,物体在斜面上运动的最大位移为x=x1+x2=5m.

由于μ<tan37°,故物体将从最高点下滑.

设下滑的加速度大小为a3,则

  mgsin37°-μmgcos37°=ma3

解得,a3=4m/s2,从撤去力F开始2秒末物体的速度v=a3t3=4×1.5=6m/s

(3)从最高点到斜面底部所用的时间为t4,则有

  x=

1
2
a3
t24

代入解得,t4=

10
2
s≈1.56s

故从撤去力F开始物体回到斜面体的底部所用的时间为t′=t2+t4=2.16s.

答:(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ是0.25;

(2)从撤去力F开始2秒末物体的速度v是6m/s.

(3)从撤去力F开始2.16s时间后物体回到斜面体的底部.

单项选择题
单项选择题