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/s2sin37°=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。

【答案】(1)a=1.2 m/s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/s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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