题目内容

质量为m=2kg的木块原来静止在粗糙水平地面上,现在第1、3、5……奇数秒内给物体施加方向向右、大小为F1=6N的水平推力,在第2、4、6……偶数秒内给物体施加方向仍向右、大小为F2=2N的水平推力.已知物体与地面间的动摩擦因数m =0.1,取g=10m/s2,问:

(1)木块在奇数秒和偶数秒内各做什么运动?

(2)经过多长时间,木块位移的大小等于40.25m?

 

答案:见详解
解析:

以木块为研究对象,它在竖直方向受力平衡,水平方向仅受推力F1(或F2)和摩擦力Fm的作用.由牛顿第二定律可判断出木块在奇数秒内和偶数秒内的运动,结合运动学公式,即可求出运动时间.

(1)木块在奇数秒内的加速度为

a1=m/s2=2m/s2

木块在偶数秒内的加速度为

a2=m/s2=0

所以,木块在奇数秒内做加速度a=2m/s2的匀加速直线运动,在偶数秒内做匀速直线运动.

(2)在第1s内木块向右的位移为

s1=at2=×2×12m=1m

至第1s末木块的速度

v1=at=2×1m/s=2m/s

在第2s内,木块以第1s末的速度向右做匀速运动,在第2s内木块的位移为s2=v1t=2×1m=2m

至第2s末木块的速度v2=v1=2m/s

在第3s内,木块向右做初速度等于2m/s的匀加速度运动,

在第3s内的位移为s3=v2t+at2

=2×1m+×2×12m=3m

至第3s末木块的速度

v3=v2+at=2m/s+2×1m/s=4m/s

在第4s内,木块以第3s末的速度向右做匀速运动,在第4s内木块的位移为s4=v3t=4×1m=4m

至第4s末木块的速度v4=v3=4m/s

……

由此可见,从第1s起,连续各秒内木块的位移是从1开始的一个自然数列.因此,在n s内的总位移为

sn=1+2+3+…+n=.

当sn=40.25m时,n的值为8<n<9.取n=8,则8s内木块的位移共为s8=m=36m,至第8s末,木块的速度为v8=8m/s.

设第8s后,木块还需向右运动的时间为tx,对应的位移为

sx=40.25m-36m=4.25m,由sx=v8tx+at2x

即4.25=8tx+×2tx2

解得

tx=0.5s.

所以,木块位移大小等于40.25m时需运动的时间为

T=8s+0.5s=8.5s.


提示:


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