题目内容

如图(a)所示,木板OA可绕轴O在竖直平面内转动,某研究小组利用此装置探索物块在方向始终平行于斜面、大小为F=8N的力作用下加速度与斜面倾角的关系。已知物块的质量m=1kg,通过DIS实验,得到如图(b)所示的加速度与斜面倾角的关系图线。若物块与木板间的动摩擦因数为0.2,假定物块与木板间的最大静摩擦力始终等于滑动摩擦力,g取10m/s2。试问:

(1)图(b)中图线与纵坐标交点ao多大?
(2)图(b)中图线与θ轴交点坐标分别为θ1和θ2,木板处于该两个角度时的摩擦力指向何方?说明在斜面倾角处于θ1和θ2之间时物块的运动状态。
(3)如果木板长L=2m,倾角为37°,物块在F的作用下由O点开始运动,为保证物块不冲出木板顶端,力F最多作用多长时间?(取sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)6(m/s2) (2)处于静止状态(3)t≈3.1s

解析试题分析:(1)当木板水平放置时,物块的加速度为a0
此时滑动摩擦力
f =" μN" = μmg=0.2×1×10 =" 2(N)"

=6(m/s2)

(2)当摩擦力沿斜面向下且加速度为零时木板倾角为θ1,当摩擦力沿斜面向上且加速度为零时木板倾角为θ2,这时物块处于静止状态。
(3)   N1=mgcosθ1 F1=μN1=μmgcosθ1    F=mgsinθ1+μmgcosθ1
联立方程8 = 10sinθ1+ 2cosθ1  解得θ1≈40.4°
(4)力F作用时的加速度
(m/s2
撤去力F后的加速度大小
(m/s2
设物块不冲出木板顶端,力F最长作用时间为t
则撤去力F时的速度v=a1t    位移
撤去力F后运动的距离由题意有           即 解得:t≈3.1s
考点:考查力与运动的关系
点评:本题难度较小,对于涉及到摩擦力的问题时,应首先根据运动情况判断摩擦力的类型,如果给出加速度a与时间的关系图像,应用牛顿第二定律化简公式,知道图像的斜率、截距的物理意义,必要的时候根据运动学公式求解

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