题目内容
4.频闪照相是研究物理过程的重要手段,如图所示是某同学研究一质量为m=2kg的小滑块在F=3N的水平向左的恒力作用下,沿水平面上向右做直线运动时的频闪照片.已知闪光频率为10Hz,小滑块在图中a点时的速度大小为va=8m/s,经测量换算读得实景数据s1=79cm,s2=77cm,s3=75cm,取g=10m/s2,求:(1)滑块与斜面间的动摩擦因数μ,并说明滑块最终能否保持静止;
(2)小滑块从图中a点运动10s的过程中,滑块克服摩擦力所做的功.
分析 (1)根据位移时间公式,或根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出加速度,结合牛顿第二定律求出动摩擦因数的大小.结合F和滑动摩擦力的大小判断滑块能否保持静止.
(2)根据运动学公式求出滑块向右运动的时间以及位移大小,根据牛顿第二定律求出滑块向左的加速度,得出向左的位移大小,结合滑块运动的路程求出克服摩擦力做功的大小.
解答 解:(1)设小滑块在恒力F作用下向右匀减速运动的加速度大小为a1,则:
${x}_{1}={v}_{0}T-\frac{1}{2}{a}_{1}{T}^{2}$,
${x}_{2}=[{v}_{0}(2T)-\frac{1}{2}{a}_{1}(2T)^{2}]-{x}_{1}$=${v}_{0}T-\frac{3}{2}{a}_{1}{T}^{2}$,
解得:${x}_{2}-{x}_{1}={a}_{1}{T}^{2}$,T=0.1s,代入数据解得:${a}_{1}=2m/{s}^{2}$.
由牛顿运动定律:F+μmg=ma1,得μ=0.05.
因F>μmg=0.05×20N=1N.
所以滑块向右运动到速度为零时不能保持静止,而是在F作用下向左做匀加速运动.
(2)滑块向右运动的时间为t1,位移为x右,则:
v0-a1t1=0,
${{v}_{0}}^{2}=2{a}_{1}{x}_{右}$,
代入数据解得t1=4s,x右=16m.
滑块向左匀加速直线运动的加速度大小为a2,
由牛顿运动定律:F-μmg=ma2,代入数据得:${a}_{2}=1m/{s}^{2}$.
t2=6s内运动的位移${x}_{2}=\frac{1}{2}{a}_{2}{{t}_{2}}^{2}=\frac{1}{2}×1×36m=18m$.
小滑块从图a点运动10s的过程中,滑块克服摩擦力所做的功W=μmg(x右+x2)=1×(16+18)J=34J.
答:(1)滑块与斜面间的动摩擦因数为0.05,滑块向右运动到速度为零时不能保持静止.
(2)滑块克服摩擦力所做的功为34J.
点评 解决本题的关键理清滑块在整个过程中的运动规律,结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解,知道加速度是联系力学和运动学的桥梁.
A. | 电磁打点计时器和电火花计时器都不可以接直流电源,应该接6V以下的低压交流电源 | |
B. | 电磁打点计时器和电火花计时器都用到一张黑色小纸片,它其实就是复写纸 | |
C. | 电磁打点计时器是利用火花放电的原理进行工作的仪器 | |
D. | 电火花计时器与电磁打点计时器比较,它的实验误差较小 |
A. | 初速度为正,加速度为负,物体做加速运动 | |
B. | 初速度为正,加速度为正,物体做减速运动 | |
C. | 初速度为正,加速度为正,物体做加速运动 | |
D. | 初速度为负,加速度为负,物体做减速运动 |
A. | 伽利略最早推理得出一个运动的物体如果不受外力,将会永远运动下去 | |
B. | 法拉第首先发现了通过导体的电流与电压和电阻的关系 | |
C. | 奥斯特首先发现了电磁感应现象 | |
D. | 帕斯卡实验最早比较精确地测出了大气压的数值 |
A. | F sin θ | B. | F cos θ | C. | μmg | D. | μF sin θ |