Question

在倾角为θ的长斜面上有一带风帆的滑块从静止开始沿斜面下滑，滑块的质量为m，它与斜面间的动摩擦因数为μ，帆受到的空气阻力方向沿斜面且大小与滑块下滑的速度大小成正比，即F_f=kv．
（1）写出滑块下滑速度为v时加速度的表达式；
（2）写出滑块下滑的最大速度的表达式；
（3）若m=2kg，θ=30°，g取10m/s²，滑块从静止开始沿斜面下滑的速度图线如图所示，图中直线是t=0时刻速度图线的切线．求μ和k的值．

Answer 1

（1）滑块在斜面上受到重力、支持力、摩擦力和空气阻力作用做加速运动．
根据牛顿第二定律得：
mgsinθ-μmgcosθ-kv=ma
a=gsinθ-μgcosθ-

kv

m

（2）分析上式，当v增加时，a减小，
当a=0时，v最大
v_max=

mg(sinθ-μcosθ)

k

（3）图中直线是t=0时刻速度图线的切线，v-t图象中斜率代表加速度．
从v-t图可以得出v_max=2m/s
当t=0、v=0时，a=3m/s²
所以得：
10sin30°-μ×10cos30°=3
2=

2×10

k

（sin30°-μcos30°）
解得：μ=

2 3

15

，k=3N?s/m．
答：（1）滑块下滑速度为v时加速度的表达式是gsinθ-μgcosθ-

kv

m

；
（2）滑块下滑的最大速度的表达式是

mg(sinθ-μcosθ)

k

；
（3）μ=

2 3

15

，k=3N?s/m．