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
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| 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= 木块在偶数秒内的加速度为 a2= 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= 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+ =2×1m+ 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= 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+ 即4.25=8tx+ 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. |
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