问题 计算题

(10分)如图所示,质量m=2.0kg的物体在水平外力的作用下在水平面上运动,物\

体和水平面间的动摩擦因数μ=0.05,已知物体运动过程中的坐标与时间的关系为

,g=10m/s2.根据以上条件,求:

(1)t=10s时刻物体的位置坐标;

(2)t=10s时刻物体的速度和加速度的大小和方向;

(3)t=10s时刻水平外力的大小.

答案

(1) (30,20) (2) a=0.4m/s2,沿y轴正方向 (3)1.7N

(1)由于物体运动过程中的坐标与时间的关系为,代入时间t=10s,可得:x=3.0t=3.0×10m=30m          y=0.2t2=0.2×102m=20m.

即t=10s时刻物体的位置坐标为(30,20).

(2)由物体运动过程中的坐标与时间的关系为,比较物体在两个方向的运动学公式:可求得:v0=3.0m/s           a=0.4m/s2

当t=10s时,vy=at=0.4×10m/s=4.0m/s    v=m/s=5.0m/s,

方向与x轴正方向夹角为arctan (或满足tanα=;或53°)

在x轴方向物体做匀速运动,在y轴方向物体做匀加速运动.a=0.4m/s2,沿y轴正方向.

(3)如图所示,因为摩擦力方向与物体运动方向相反,外力与摩擦力的合力使物体加速.   Ff=μmg=0.05×2×10N=1.0N

Ffx=Ff×0.6=0.6N,Ffy=Ff×0.8=0.8N,

根据牛顿运动定律:Fx-Ffx=0,解出:Fx=0.6N

Fy-Ffy=ma,解出:Fy=0.8N+2×0.4N=1.6N

F=N=N=1.7N

本题考查匀变速直线运动规律的应用,把时间t=10s带入坐标轴方程可求得坐标,根据坐标与时间的关系可以判断x轴方向做匀速直线运动,y轴方向做匀变速直线运动,并且根据y轴方向的方程求得加速度大小,把t=10s带入v=at公式可求得y轴方向分速度

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