题目内容

【题目】如图甲所示,质量为m=1 kg的物体置于倾角为θ=37°的固定且足够长的斜面上,对物体施以平行于斜面向上的拉力F,t1=1 s时撤去拉力,物体运动的部分v-t图象如图乙所示.试求:

(1)拉力 F的大小.

(2)t=4 s时物体的速度v的大小.

【答案】(1)设力F作用时物体的加速度为a1,对物体进行受力分析,由牛顿第二定律可知F-mgsinθ-μmgcosθ=ma1…………………(2分)

撤去力后,由牛顿第二定律有

mgsinθ+μmgcosθ=ma2………………………………(2分)

根据图像可知:a1=20m/s2,a2=10m/s2

代入解得 F="30N "μ="0.5 " …………………………(2分)

(2)设撤去力后物体运动到最高点时间为t2,

v1=a2t2,解得t2=2s

则物体沿着斜面下滑的时间为t3=t-t1-t2=1s …………(2分)

设下滑加速度为a3,由牛顿第二定律

mgsinθ-μmgcosθ=ma3

有a 3=2 m/s2

t=4s时速度v=a3t3=2m/s (2分)

【解析】试题分析:由图象得出加速上升过程和减速上升过程的加速度,然后根据牛顿第二定律列方程求解;先通过图象得到3s末速度为零,然后求出3s到4s物体的加速度,再根据速度时间关系公式求解4s末速度.

(1)设力F作用时物体的加速度为,对物体进行受力分析,由牛顿第二定律可知
撤去力F,由牛顿第二定律有

根据图象可知: ,解得:F=30N
(2)在物块由A到C过程中,设撤去力后物体运动到最高点时间为,则有
,解得
设下滑加速度为,由牛顿第二定律,解得:
则物体沿着斜面下滑的时间为

故时速度

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