题目内容
如图所示,在倾角为θ=37°的足够长的斜面上,有质量为m1=2kg的长木板。开始时,长木板上有一质量为m2=1kg的小铁块(视为质点)以相对地面的初速度v0=2m/s 从长木板的中点沿长木板向下滑动,同时长木板在沿斜面向上的拉力作用下始终做速度为v=1m/s的匀速运动,小铁块最终与长木板一起沿斜面向上做匀速运动。已知小铁块与长木板、长木板与斜面间的动摩擦因数均为μ=0.9,重力加速度为g=10m/s2,si
n37°=0.6,cos37°=0.8
试求:(1)小铁块在长木板上滑动时的加速度;
(2)长木板至少多长?
(3)在小铁块从木板中点运动到与木板速度相同的过程中拉力的功率。
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【答案】(1)a=1.2 m/s2 沿斜面向上(2)7.5m(3)40.8W
解析:(1)设小铁块的加速度大小为a,对小铁块受力分析有(取沿斜面向上为正方向)
f2-m2gsinθ=ma
f2=μN2
N2=m2gcosθ
得a=g(
μcosθ-sinθ)=1.2 m/s2 沿斜面向上 (3’)
(2)小铁块先沿斜面向下匀减速至速度为零再沿斜面向上匀加速,最终获稳定速度v,设历时t后小铁块达稳定速度,则
v-(-v0) =at
t=(v0+v)/ g ( μcosθ-sinθ) =2.5s
t内小铁块位移为s1木板位移为s2
s1= (v0-v)t/2 方向沿斜面向下
s2=vt 方向沿斜面向上
L/2≥s2+s
L≥2(s2+s)=(v0+v)2/g (
μcosθ-sinθ) =7.5m ( 5’)
(3) 对木板
F=f2+f1+m 1gsinθ
f1=μN1
N1=(m1+m2)gcosθ
W=F s2
W=102J
( 5’)
另一解法:F=f2+f1+m 1gsinθ
f1=μN1
N1=(m1+m2)gcosθ ![]()
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