题目内容

如图所示,在动摩擦因数为μ=0.2的水平面上有两个斜边倾角相同的梯形物体,质量分别为M1=2kg和M2=1kg,从0时刻开始,用水平力F向右推M1,使M1、M2一起从静止开始做匀加速运动,3s末的速度是v=10
3
m/s,在运动过程中M2对地面恰好无压力,M1和M2之间光滑但无相对滑动,取g=10m/s2,求
(1)梯形斜边倾角θ
(2)水平推力F的大小.
分析:(1)先根据速度时间公式求解加速度;然后对M2受力分析,受重力和支持力,合力水平向右,根据牛顿第二定律求出合力,再根据平行四边形定则求解出角度θ;
(2)对整体受力分析,根据牛顿第二定律列式求解即可.
解答:解:(1)物体做初速度为零的匀加速直线运动,根据速度时间关系公式,有:
v=v0+at   
解得:a=
10
3
3

对M2受力分析,受重力和支持力,合力水平向右,根据牛顿第二定律,有:
M2g tanθ=M2a
解得:tanθ=
a
g
,解得tanθ=
3
3
,故θ=30°
(2)对整体受力分析,受重力、支持力、推力和摩擦力,根据牛顿第二定律,有:
F-f=(M1+M2)a
其中;f=μ(M1+M2)g
联立解得:F=(M1+M2)a+μ(M1+M2)g=6+10
3
=23.3N
答:(1)梯形斜边倾角θ为30°;
(2)水平推力F的大小约为23.3N.
点评:本题关键先根据运动情况确定加速度,然后根据牛顿第二定律确定受力情况;同时要能灵活地选择研究对象,基础题.
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