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精英家教网如图甲所示,一质量为m=1kg的小物块静止在粗糙水平面上的A点,从t=0时刻开始,物体在受如图乙所示规律变化的水平力F作用下向右运动,第3s末物块运动到B点时速度刚好为零,第5s末物块刚好回到A点,已知物块与粗糙水平面间的动摩擦因数μ=0.2.(g取10m/s2)则
(1)前3秒内物体速度与加速度大小发生了什么变化;(定性说明大体变化即可)
(2)AB间的距离为多少;
(3)物体在0~3s时间内的平均速度大小为多少;
(4)物体在0~5s时间内的最大速率为多少.
分析:在前3s,由于物体受到的拉力是变化的,物体做变速运动,但是在3s-5s的时间内,物体受到恒力的作用做匀加速直线运动,根据物体的运动过程,由匀变速直线运动位移时间公式求得AB的位移,根据平均速度等于位移除以时间即可求解,5s末物体的速度最大,3-5秒内做初速度为零的匀加速直线运动,根据速度时间公式即可求解最大速度.
解答:解:(1)小物块速度先增大后减小,加速度先减小后增大;
(2)在3s~5s时间内物块在水平恒力F作用下由B点匀加速直线运动到A点,设加速度为a,AB间的距离为x
则F-μmg=ma
解得:a=
F-μmg
m
=
4-0.2×1×10
1
=2m/s2

由x=
1
2
at2
得:
x=4m;
(3)由v=
x
t
解得:平均速度
.
v
=
4
3
m/s;
(4)5s末物体的速度最大,3-5秒内做初速度为零的匀加速直线运动,则
v=at′=2
μmg
m
t′=0.2×10×(5-3)
=4m/s;
答:(1)小物块速度先增大后减小,加速度先减小后增大;
(2)AB间的距离为4m;
(3)物体在0~3s时间内的平均速度大小为
4
3
m/s;
(4)物体在0~5s时间内的最大速率为4m/s.
点评:本题的解题关键在于灵活选择研究的过程,抓住物块返回过程做匀加速运动,由牛顿第二定律和运动学公式结合求得AB间的距离.
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